JP5862510B2 - Semiconductor device evaluation system and evaluation method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体チップ及びそれに適用される放熱材料(伝熱放熱材料および熱放射放熱材料)等を含んで成る半導体装置(システム)に関する測定・評価などの技術に関する。また、評価用半導体チップを用いた半導体装置の評価システム及び評価方法などに関する。   The present invention relates to a technique such as measurement and evaluation relating to a semiconductor device (system) including a semiconductor chip and a heat dissipation material (heat transfer heat dissipation material and heat radiation heat dissipation material) applied thereto. The present invention also relates to an evaluation system and an evaluation method for a semiconductor device using the evaluation semiconductor chip.

各種コンピュータや電子部品などに搭載される半導体チップ(半導体パッケージ)等の半導体集積回路は、電源電圧の低電圧化により低消費電力化が進められている。しかし低消費電力化よりも高集積化と高速化がはるかに上回るため、チップの発熱量が増大している。現在、チップの動作周波数は3GHzを越える高速領域に入ってきている。このため、このような高速動作・高発熱のチップからの放熱問題が深刻化している。   Semiconductor integrated circuits such as semiconductor chips (semiconductor packages) mounted on various computers and electronic components have been reduced in power consumption by lowering the power supply voltage. However, since higher integration and higher speed are far more than low power consumption, the amount of heat generated by the chip is increasing. Currently, the operating frequency of the chip has entered a high-speed region exceeding 3GHz. For this reason, the problem of heat dissipation from such a high-speed operation / high heat generation chip has become serious.

上記放熱問題への対策としては、チップにヒートシンク(放熱板)等の空冷部品が取り付けられる。チップと空冷部品との間には、金属面の微細な隙間を充填するように放熱材料が用いられる。これはチップの発熱量に見合う伝熱特性を有する伝熱放熱材料が選択される。   As a countermeasure against the heat dissipation problem, air cooling parts such as a heat sink (heat sink) are attached to the chip. A heat dissipation material is used between the chip and the air-cooled component so as to fill a minute gap on the metal surface. For this, a heat transfer heat dissipation material having a heat transfer characteristic commensurate with the amount of heat generated by the chip is selected.

更に、最近ではヒートシンク等の空冷部品の適用が困難な半導体パッケージ(例えばLED)の市場が急拡大を続けている。このような製品に関して、空冷に替わる放熱方法として、熱放射放熱(放射伝熱)の技術のニーズが高まってきている。   Furthermore, recently, the market of semiconductor packages (for example, LEDs) in which application of air-cooled parts such as a heat sink is difficult has been rapidly expanding. With respect to such products, there is an increasing need for thermal radiation heat radiation (radiation heat transfer) technology as a heat radiation method instead of air cooling.

熱放射放熱(放射伝熱)は、一般的には熱放射と対流とを合わせた状態を指すことが多く、真の熱放射を測定するには、対流の要素を切り離した真空状態で計測する必要がある。しかし真空状態(真空中)で熱放射(真の熱放射)を測定するためには、大掛かりな装置(真空装置など)及び時間を要し、コストが高い。   Thermal radiation heat dissipation (radiation heat transfer) generally refers to the combined state of thermal radiation and convection, and in order to measure true thermal radiation, it is measured in a vacuum state with the elements of convection separated. There is a need. However, in order to measure thermal radiation (true thermal radiation) in a vacuum state (in a vacuum), a large apparatus (such as a vacuum apparatus) and time are required, and the cost is high.

このため、真空中ではなく簡易的に大気中で熱放射面(測定対象物の表面)の温度が測定可能である赤外線放射温度計装置(放射温度計)が使用されることが多い。しかし従来の放射温度計には、測定対象物の表面(熱放射面)の状態に応じて放射率の補正を行う機能は無く、予め放射率(測定対象物の表面状態に応じた放射率)を測定・設定する必要がある。即ちその補正の機能を持つ装置が別途必要であり、測定・設定の手間もかかる。   For this reason, an infrared radiation thermometer device (radiation thermometer) that can easily measure the temperature of the heat radiation surface (surface of the object to be measured) in the atmosphere, not in a vacuum, is often used. However, the conventional radiation thermometer does not have a function to correct the emissivity according to the state of the surface of the measurement object (thermal radiation surface), and the emissivity (emissivity according to the surface condition of the measurement object) in advance. Need to be measured and set. That is, a device having the correction function is required separately, and it takes time and labor for measurement and setting.

また、測定対象物である半導体チップ等が、装置(当該チップを搭載する実装基板など)の内側・裏側などにある場合は、遮られるため、放射温度計で測定することができない(対象面と放射温度計との間で遮られないように直に測定する必要がある)。   In addition, when a semiconductor chip or the like, which is a measurement object, is inside or behind the device (such as a mounting substrate on which the chip is mounted), it is blocked and cannot be measured with a radiation thermometer (the target surface and It must be measured directly so that it is not blocked by the radiation thermometer).

そのため、上記温度(熱放射)の測定・評価のための手段としては、温度センサとしての熱電対を対象物(面)の周辺に設置する方式が採用されている。   Therefore, as a means for measuring and evaluating the temperature (thermal radiation), a method of installing a thermocouple as a temperature sensor around the object (surface) is adopted.

例えば、非特許文献1(日立評論 Vol.91,No.05,p.456)には、高密度実装で課題となる応力・発熱解析に向けた評価用素子によるソリューションの提案が記載されている。   For example, Non-Patent Document 1 (Hitachi Review Vol. 91, No. 05, p. 456) describes a proposal of a solution using an evaluation element for stress / heat generation analysis, which is a problem in high-density mounting. .

半導体装置の評価に関する先行技術例としては、特開2011−196993号公報(特許文献1)などがある。特許文献1では、シリコン基板の面に、抵抗測温体としての金属配線膜、及びヒータとしての金属配線膜と、金属配線膜を実装基板と接続するための電極とが積層された半導体チップを有し、その半導体チップを実装基板に実装し、抵抗測温体としての金属配線膜を電流計及び電圧計と接続し、ヒータとしての金属配線膜を電源と接続し、半導体チップの領域における測温、加熱、及びその温度プロファイルが評価可能な評価システム、について記載している。   As a prior art example regarding evaluation of a semiconductor device, there is JP-A-2011-196993 (Patent Document 1). In Patent Document 1, a semiconductor chip in which a metal wiring film as a resistance thermometer, a metal wiring film as a heater, and an electrode for connecting the metal wiring film to a mounting substrate are stacked on the surface of a silicon substrate. The semiconductor chip is mounted on a mounting substrate, a metal wiring film as a resistance temperature sensor is connected to an ammeter and a voltmeter, a metal wiring film as a heater is connected to a power source, and measurement is performed in the semiconductor chip region. An evaluation system that can evaluate temperature, heating, and its temperature profile is described.

特開2011−196993号公報JP 2011-196993 A

日立評論 Vol.91,No.05,p.456Hitachi Review Vol. 91, no. 05, p. 456

前述の温度センサとしての熱電対を対象物の周辺に設置する方式では、測定・評価の対象物(発熱源)であるチップ等の裏面またはその周囲の基板上などに熱電対を設置して温度を測定していた。対象物(発熱源)に対して直に熱電対を設置することは困難であるためである。しかしこのような方式では、発熱源であるチップ等の正確な温度を把握することはできないという問題があった。   In the above-described method of installing a thermocouple as a temperature sensor around an object, the temperature is measured by installing a thermocouple on the back surface of the chip or the like surrounding the object to be measured / evaluated (heating source) or on the surrounding substrate. Was measuring. This is because it is difficult to install a thermocouple directly on the object (heat source). However, such a method has a problem that the accurate temperature of a chip or the like which is a heat source cannot be grasped.

また上記のような方式では、対象物(チップ等)の実利用状態(発熱状態)での正確な測定・評価はできないという問題があった。   Further, the above-described method has a problem that accurate measurement / evaluation in the actual usage state (heat generation state) of the object (chip or the like) cannot be performed.

以上を鑑み、本発明の主な目的は、半導体装置及び放熱材料などを含む装置における対象物(例えばチップ)の熱抵抗(温度)等を、容易(低コスト)及び正確(高精度)に測定・評価などができる技術を提供することである。   In view of the above, the main object of the present invention is to easily (low-cost) and accurately (highly) measure the thermal resistance (temperature) of an object (for example, a chip) in a device including a semiconductor device and a heat dissipation material.・ Provide technology that can be evaluated.

より詳しく言い換えると、真空装置などの高価な装置を不要とし、大気中での測定で真の熱放射(対流の要素を抑えた熱放射)を測定可能とし、また放射温度計や熱電対を用いる必要を減らし、放射率の補正なども容易化し、実利用状態(実装)のシミュレーション等による高精度な測定・評価を可能とする技術を提供することである。   More specifically, it eliminates the need for expensive equipment such as vacuum equipment, makes it possible to measure true heat radiation (heat radiation with reduced convection elements) in the atmosphere, and uses a radiation thermometer or thermocouple. It is to provide a technology that reduces the necessity, facilitates correction of emissivity, and enables high-precision measurement / evaluation through simulation of actual usage (mounting).

前記目的を達成するため、本発明のうち代表的な形態は、評価用半導体チップ等を用いて、半導体チップや放熱材料などを含んで成る半導体装置(システム)の対象物(チップ領域や放熱材料など)の熱抵抗(温度)や放熱特性などの測定・評価などのための評価システム及び評価方法などであって、以下に示す構成を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a representative embodiment of the present invention is a semiconductor device (system) object (a chip region or a heat dissipation material) including a semiconductor chip, a heat dissipation material, or the like using an evaluation semiconductor chip or the like. For example, an evaluation system and an evaluation method for measurement / evaluation of thermal resistance (temperature) and heat radiation characteristics, etc., and having the following configuration.

(1) 本形態の半導体装置の評価システムは、評価用半導体チップと、当該評価用半導体チップに対して形成される放熱材料と、当該評価用半導体チップが実装される実装基板と、当該評価用半導体チップを放熱するための放熱板と、を有する。前記評価用半導体チップは、前記実装基板と前記放熱板との間で距離を置いて固定される。前記評価用半導体チップは、半導体基板と、当該半導体基板の第1の面に、1つ以上の領域から成る抵抗測温体を構成する1つ以上の第1の配線と、1つ以上の領域から成るヒータを構成する1つ以上の第2の配線と、前記第1の配線に電気的に接続された第1の電極と、前記第2の配線に電気的に接続された第2の電極と、が形成された構成である。前記放熱材料は、前記半導体基板の第2の面と前記放熱板の面との間で接触して固定される伝熱放熱材料である。前記評価用半導体チップ、放熱材料、実装基板、及び放熱板を含む装置が、恒温槽の内部に設置される。前記第2の電極に電源が接続され、当該電源からの電力により前記第2の配線によるヒータの領域ごとに加熱が行われ、前記第1の電極に電流計及び電圧計が接続され、当該電流計及び電圧計により前記第1の配線による抵抗測温体の領域ごとに測温が行われ、前記加熱及び測温に基づき、前記恒温槽による対流抑制状態で、前記評価用半導体チップの領域の温度の測定、及び前記伝熱放熱材料の伝熱放熱特性の評価が行われる。   (1) A semiconductor device evaluation system according to the present embodiment includes an evaluation semiconductor chip, a heat dissipation material formed on the evaluation semiconductor chip, a mounting substrate on which the evaluation semiconductor chip is mounted, and the evaluation And a heat sink for radiating heat from the semiconductor chip. The evaluation semiconductor chip is fixed at a distance between the mounting substrate and the heat sink. The evaluation semiconductor chip includes a semiconductor substrate, one or more first wirings constituting one or more resistance thermometers on the first surface of the semiconductor substrate, and one or more regions. One or more second wirings constituting a heater comprising: a first electrode electrically connected to the first wiring; and a second electrode electrically connected to the second wiring And are formed. The heat dissipation material is a heat transfer heat dissipation material that is fixed in contact between the second surface of the semiconductor substrate and the surface of the heat dissipation plate. A device including the semiconductor chip for evaluation, the heat dissipation material, the mounting substrate, and the heat dissipation plate is installed inside the thermostatic chamber. A power source is connected to the second electrode, heating is performed for each heater region by the second wiring by power from the power source, an ammeter and a voltmeter are connected to the first electrode, and the current Temperature measurement is performed for each region of the resistance thermometer by the first wiring by a meter and a voltmeter, and based on the heating and temperature measurement, the region of the evaluation semiconductor chip in the convection suppression state by the thermostat Measurement of temperature and evaluation of heat transfer heat dissipation characteristics of the heat transfer heat dissipation material are performed.

(2) 本形態の半導体チップの評価システムは、前記放熱材料は、前記半導体基板の第2の面に形成される熱放射放熱材料であり、当該熱放射放熱材料の面と前記放熱板の面との間が非接触で距離を制御して配置される。前記第2の電極に電源が接続され、当該電源からの電力により前記第2の配線によるヒータの領域ごとに加熱が行われ、前記第1の電極に電流計及び電圧計が接続され、当該電流計及び電圧計により前記第1の配線による抵抗測温体の領域ごとに測温が行われ、前記加熱及び測温に基づき、前記評価用半導体チップの領域の温度の測定、及び前記熱放射放熱材料の熱放射放熱特性の評価が行われる。   (2) In the semiconductor chip evaluation system of this embodiment, the heat dissipation material is a heat radiation heat dissipation material formed on the second surface of the semiconductor substrate, and the surface of the heat radiation heat dissipation material and the surface of the heat dissipation plate The distance between the two is controlled in a non-contact manner. A power source is connected to the second electrode, heating is performed for each heater region by the second wiring by power from the power source, an ammeter and a voltmeter are connected to the first electrode, and the current Temperature measurement is performed for each region of the resistance thermometer by the first wiring by a meter and a voltmeter, and based on the heating and temperature measurement, the temperature of the evaluation semiconductor chip region is measured, and the heat radiation heat dissipation Evaluation of heat radiation characteristics of the material is performed.

(3) 本形態の半導体装置の評価方法は、上記(1)の評価システムを用いて評価を行う。本評価方法は、前記評価システムが、恒温槽の内部に設置された状態と、外部に設置された状態との各状態において、前記第2の電極に接続された電源からの電力により前記第2の配線によるヒータの領域ごとに加熱が行われる第1のステップと、前記第1の電極に接続された電流計及び電圧計により前記第1の配線による抵抗測温体の領域ごとに測温が行われる第2のステップと、前記加熱及び測温に基づき、前記恒温槽による対流抑制状態の有無に応じた、前記評価用半導体チップの領域の温度の測定、及び前記伝熱放熱材料の伝熱放熱特性の評価が行われる第3のステップとを有する。前記評価用半導体チップ及び放熱材料の周囲の対流による影響を抑制した状態で評価を行う。   (3) The semiconductor device evaluation method of this embodiment performs evaluation using the evaluation system of (1) above. In this evaluation method, the second evaluation system uses the power from the power source connected to the second electrode in each of the state where the evaluation system is installed inside the thermostat and the state where the evaluation system is installed outside. A first step in which heating is performed for each heater region by the wiring, and an ammeter and a voltmeter connected to the first electrode perform temperature measurement for each region of the resistance thermometer by the first wiring. Based on the second step to be performed, the heating and the temperature measurement, the temperature measurement of the region of the semiconductor chip for evaluation according to the presence or absence of the convection suppression state by the thermostat, and the heat transfer of the heat transfer heat dissipation material And a third step in which the evaluation of heat dissipation characteristics is performed. The evaluation is performed in a state in which the influence of convection around the evaluation semiconductor chip and the heat dissipation material is suppressed.

(4) 本形態の半導体装置の評価方法は、上記(2)の評価システムを用いて評価を行う。本評価方法は、前記熱放射放熱材料の対向面を、Al製の前記放熱板とした第1の構成と、アルマイト製の低熱反射板とした第2の構成と、断熱材とした第3の構成との各状態において、前記第2の電極に接続された電源からの電力により前記第2の配線によるヒータの領域ごとに加熱が行われる第1のステップと、前記第1の電極に接続された電流計及び電圧計により前記第1の配線による抵抗測温体の領域ごとに測温が行われる第2のステップと、前記加熱及び測温に基づき、前記評価用半導体チップの領域の温度の測定、及び前記熱放射放熱材料の熱放射放熱特性の評価が行われる第3のステップとを有し、熱反射の有無に応じた評価を行う。   (4) The semiconductor device evaluation method of this embodiment performs evaluation using the evaluation system of (2) above. The evaluation method includes a first configuration in which the opposing surface of the heat radiation heat dissipation material is the heat sink made of Al, a second configuration in which the heat sink is an alumite low heat reflecting plate, and a third configuration that is a heat insulator. In each state of the configuration, a first step in which heating is performed for each region of the heater by the second wiring by power from a power source connected to the second electrode, and the first electrode is connected to the first electrode. A second step in which temperature measurement is performed for each region of the resistance thermometer by the first wiring by the ammeter and voltmeter, and the temperature of the region of the semiconductor chip for evaluation based on the heating and temperature measurement. And a third step in which the thermal radiation heat radiation characteristic of the heat radiation heat radiation material is evaluated, and evaluation is performed according to the presence or absence of heat reflection.

本発明のうち代表的な形態によれば、半導体装置及び放熱材料などを含む装置における対象物(例えばチップ)の熱抵抗(温度)等を、容易(低コスト)及び正確(高精度)に測定・評価などができる。   According to a typical embodiment of the present invention, the thermal resistance (temperature) of an object (for example, a chip) in an apparatus including a semiconductor device and a heat dissipation material can be measured easily (low cost) and accurately (high accuracy).・ Evaluation is possible.

本発明の一実施の形態の評価システムを含むシステム全体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the whole system containing the evaluation system of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態の評価用半導体チップの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor chip for evaluation of one embodiment of this invention. 本評価用半導体チップの金属配線膜(第1の配線)の配線パターンの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the wiring pattern of the metal wiring film (1st wiring) of this evaluation semiconductor chip. 本評価用半導体チップの金属配線膜(第2の配線)の配線パターンの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the wiring pattern of the metal wiring film (2nd wiring) of the semiconductor chip for this evaluation. 本評価用半導体チップの電極(第1の電極、第2の電極)の構造の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the electrode (1st electrode, 2nd electrode) of the semiconductor chip for this evaluation. (a)〜(d)は、本評価用半導体チップの製造方法の過程を示す遷移図である。(A)-(d) is a transition diagram which shows the process of the manufacturing method of this evaluation semiconductor chip. 本評価用半導体チップの第1の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st modification of the semiconductor chip for evaluation. 本評価用半導体チップの第2の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd modification of the semiconductor chip for this evaluation. 本評価用半導体チップの第3の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd modification of the semiconductor chip for evaluation. 本実施の形態の評価用半導体チップの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor chip for evaluation of this Embodiment. 一実施の形態(第1の基本構成)の評価システムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the evaluation system of one embodiment (1st basic composition). 一実施の形態(第2の基本構成)の評価システムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the evaluation system of one Embodiment (2nd basic composition). 一実施の形態(第3の基本構成)の評価システムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the evaluation system of one Embodiment (3rd basic composition). 一実施の形態(第4の基本構成)の評価システムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the evaluation system of one Embodiment (4th basic composition). 本発明の実施の形態1の評価システムの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the evaluation system of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2の評価システムの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the evaluation system of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3の評価システムの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the evaluation system of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4の評価システムの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the evaluation system of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5の評価システムの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the evaluation system of Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6の評価システムの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the evaluation system of Embodiment 6 of this invention. 本実施の形態の評価システムを用いた具体例の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the specific example using the evaluation system of this Embodiment. 放熱特性の評価結果の第1の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 1st specific example of the evaluation result of a thermal radiation characteristic. 放熱特性の評価結果の第2の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd specific example of the evaluation result of a thermal radiation characteristic. 放熱特性の評価結果の第3の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd specific example of the evaluation result of a thermal radiation characteristic. 放熱特性の評価結果の第4の具体例その1を示す図である。It is a figure which shows the 4th specific example 1 of the evaluation result of a thermal radiation characteristic. 放熱特性の評価結果の第4の具体例その2を示す図である。It is a figure which shows the 4th example 2 of the evaluation result of a thermal radiation characteristic. 放熱特性の評価結果の第5の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 5th specific example of the evaluation result of a thermal radiation characteristic. 放熱特性の評価結果の第6の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 6th specific example of the evaluation result of a thermal radiation characteristic. 放熱特性の評価結果の第7の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 7th specific example of the evaluation result of a thermal radiation characteristic. 放熱特性の評価結果の第8の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 8th specific example of the evaluation result of a thermal radiation characteristic. 放熱特性の評価結果の第9の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 9th specific example of the evaluation result of a thermal radiation characteristic. 放熱特性の評価結果の第10の具体例を示す図である。It is a figure which shows the 10th specific example of the evaluation result of a thermal radiation characteristic.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。図1では、本実施の形態のシステム全体の概要を説明する。図2〜図10では、本評価システムの構成要素となる評価用半導体チップの構成例を説明する。図11〜図14では、本評価用半導体チップを含んで成る、基本構成である評価システムを説明する。図15〜図20では、特徴的な実施の形態の評価システムを説明する。図21〜図32では、本評価システムを用いた測定・評価の具体例(本評価システムによる効果の検証)について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted. In FIG. 1, an overview of the entire system of the present embodiment will be described. 2 to 10, a configuration example of an evaluation semiconductor chip that is a component of the evaluation system will be described. 11 to 14, an evaluation system that is a basic configuration including the evaluation semiconductor chip will be described. 15 to 20, an evaluation system according to a characteristic embodiment will be described. 21 to 32, a specific example of measurement / evaluation using this evaluation system (verification of effects by this evaluation system) will be described.

[システム全体]
図1は、本実施の形態の評価システム10等を含んで成るシステム300の全体(概要)を示す。本実施の形態の評価システム10は、評価用半導体チップ1(適宜「チップ」と略す)と、それに適用される放熱材料(AまたはB)とを含んで成る、測定・評価などの対象装置(対象システム)である。評価用半導体チップ1は、主に半導体基板(100)から成り、その一方の第1面(M1)側に、第1の配線(H1)及び第2の配線(H2)などが形成され、他方の第2面(M2)側に、放熱材料(AまたはB)が形成される。放熱材料(A/B)は、(A)伝熱放熱材料51、または(B)熱放射放熱材料52である。なお評価システム10は後述する各種の形態があるので、適宜それらを含んで成るシステム300が構成される。
[Whole system]
FIG. 1 shows the whole (outline) of a system 300 including the evaluation system 10 of this embodiment. An evaluation system 10 according to the present embodiment includes a target device (such as measurement / evaluation) including an evaluation semiconductor chip 1 (abbreviated as “chip” as appropriate) and a heat dissipation material (A or B) applied thereto ( Target system). The evaluation semiconductor chip 1 is mainly composed of a semiconductor substrate (100), and a first wiring (H1), a second wiring (H2), and the like are formed on one first surface (M1) side, The heat dissipation material (A or B) is formed on the second surface (M2) side. The heat dissipation material (A / B) is (A) a heat transfer heat dissipation material 51 or (B) a heat radiation heat dissipation material 52. Since the evaluation system 10 has various forms to be described later, a system 300 including these is appropriately configured.

チップ1の半導体基板(100)の面(M1)の所定の形成部(1000)において、複数の領域(R1)から成る抵抗測温体を構成する第1の配線(H1)と、複数の領域(R2)から成るヒータを構成する第2の配線(H2)と、第1の配線(H1)に接続される第1の電極(D1)と、第2の配線(H2)に接続される第2の電極(D2)とが形成される(図2,図10等)。   In a predetermined formation part (1000) of the surface (M1) of the semiconductor substrate (100) of the chip 1, a first wiring (H1) that constitutes a resistance thermometer comprising a plurality of regions (R1) and a plurality of regions The second wiring (H2) constituting the heater composed of (R2), the first electrode (D1) connected to the first wiring (H1), and the second wiring (H2) connected to the second wiring (H2). 2 electrodes (D2) are formed (FIGS. 2, 10, etc.).

第1の電極D1に対して、電流計・電圧計21が接続される。電流計・電圧計21(またはその制御をする31)から、第1の配線(H1)の各領域(R1)を選択的に測定可能である。   An ammeter / voltmeter 21 is connected to the first electrode D1. Each region (R1) of the first wiring (H1) can be selectively measured from the ammeter / voltmeter 21 (or 31 for controlling it).

第2の電極D2に対して、電源(外部電源)22が接続される。電源22(またはその制御をする32)から、第2の配線(H2)の各領域(R2)を選択的に加熱可能である。   A power source (external power source) 22 is connected to the second electrode D2. Each region (R2) of the second wiring (H2) can be selectively heated from the power source 22 (or 32 for controlling it).

コンピュータ30は、ユーザ(評価者など)が操作する評価処理システム(評価システム10を対象として評価処理を行う情報処理システム)の構成例である。コンピュータ(評価処理システム)30は、一般的なPCや、そのソフトウェアプログラム処理や回路などで実現可能である。コンピュータ30は、プロセッサ及びメモリ等の公知の要素を用いたソフトウェアプログラム処理などによる演算部40と、ユーザに対しグラフィカルユーザインターフェイス(画面など)を提供する処理を行うGUI部60と、その他図示しない記憶部や通信インターフェイス、入力装置、出力装置、及びバスなどの公知の要素とを含んで成る。   The computer 30 is a configuration example of an evaluation processing system (an information processing system that performs evaluation processing for the evaluation system 10) operated by a user (evaluator or the like). The computer (evaluation processing system) 30 can be realized by a general PC or its software program processing or circuit. The computer 30 includes an arithmetic unit 40 by software program processing using known elements such as a processor and a memory, a GUI unit 60 that performs processing for providing a graphical user interface (screen, etc.) to the user, and other storage (not shown). Part, a communication interface, an input device, an output device, and known elements such as a bus.

演算部40は、各処理部として、熱抵抗・温度測定処理部31と、加熱処理部32と、放熱材料A(伝熱放熱材料51)−放熱特性評価処理部41と、放熱材料B(熱放射放熱材料52)−放熱特性評価処理部42とを有する。演算部40は、評価システム10の測定・評価処理(シミュレーションや試験など)の際、GUI部60の画面でユーザに対し情報を表示すると共に、31,32,41,42等の処理を制御し、各処理に対応するデータ情報を入出力・記憶処理する。   The calculation unit 40 includes, as each processing unit, a thermal resistance / temperature measurement processing unit 31, a heat processing unit 32, a heat radiation material A (heat transfer heat radiation material 51) -a heat radiation characteristic evaluation processing unit 41, and a heat radiation material B (heat. Radiation heat radiation material 52) -heat radiation characteristic evaluation processing unit 42. The calculation unit 40 displays information to the user on the screen of the GUI unit 60 during the measurement / evaluation process (simulation, test, etc.) of the evaluation system 10, and controls the processes 31, 32, 41, 42, etc. The data information corresponding to each process is input / output / stored.

熱抵抗・温度測定処理部31は、電流計・電圧計21の測定結果(電流値、電圧値)を用いて、第1の配線(H1)の領域R1(その複数の各領域)に関する電気抵抗を測定し、その電気抵抗と、所定の関数(係数)とから、温度を算出し、熱抵抗を算出する。なお、熱抵抗は、単位時間あたりの発熱量あたりの温度上昇量[℃/W]である。なおユーザの操作により21のデータを31に入力してもよいし、21と31を接続し通信して自動的に21のデータを31で取得してもよいし、31から21の測定(領域選択測定)を制御してもよい。   The thermal resistance / temperature measurement processing unit 31 uses the measurement result (current value, voltage value) of the ammeter / voltmeter 21 to determine the electrical resistance related to the region R1 (the plurality of regions) of the first wiring (H1). Is measured, the temperature is calculated from the electrical resistance and a predetermined function (coefficient), and the thermal resistance is calculated. The thermal resistance is the amount of temperature rise [° C./W] per unit of heat generation. 21 data may be input to 31 by a user's operation, 21 and 31 may be connected and communicated, and 21 data may be automatically acquired by 31. (Selective measurement) may be controlled.

加熱処理部32は、電源22による第2の配線(H2)の領域R2(その複数の各領域)に対する加熱状態を把握または制御する。なおユーザの操作により22のデータを32に入力してもよいし、22と32を接続し通信して自動的に22のデータを32で取得してもよいし、32から22の加熱(領域選択加熱)を制御してもよい。   The heat treatment unit 32 grasps or controls the heating state of the power supply 22 to the region R2 (the plurality of regions) of the second wiring (H2). In addition, 22 data may be input to 32 by a user's operation, 22 and 32 may be connected and communicated, 22 data may be automatically acquired by 32, or 32 to 22 heating (area | region) (Selective heating) may be controlled.

放熱材料A(51)−放熱特性評価処理部41は、放熱材料A(51)の伝熱特性評価処理や、(チップと放熱板などとの間での)密着性変化検出処理などを行う(後述)。   The heat dissipation material A (51) -heat dissipation characteristic evaluation processing unit 41 performs heat transfer characteristic evaluation processing of the heat dissipation material A (51), adhesion change detection processing (between the chip and the heat dissipation plate, and the like) ( Later).

放熱材料B(52)−放熱特性評価処理部42は、放熱材料B(52)の熱放射特性評価処理や、内部の結晶配向性の計測処理などを行う(後述)。   The heat radiation material B (52) -heat radiation characteristic evaluation processing unit 42 performs a heat radiation characteristic evaluation process of the heat radiation material B (52), an internal crystal orientation measurement process, and the like (described later).

GUI部60は、ユーザの操作に応じて、演算部40の制御・処理に基づき、各処理に応じたデータ情報を表示する画面を構成しディスプレイに表示する。ユーザは画面での操作により測定・評価処理の指示などを行うことができ、測定・評価処理の結果などを確認することができる。なお本システム300は、必要(実施の形態)に応じて、放射温度計や熱電対などの公知の要素を追加的に設けて、コンピュータ30でそれらの情報処理をしてもよい。   The GUI unit 60 configures a screen for displaying data information corresponding to each process and displays it on the display based on the control and processing of the calculation unit 40 in accordance with a user operation. The user can instruct measurement / evaluation processing by operating the screen, and can confirm the result of the measurement / evaluation processing. Note that the system 300 may additionally provide known elements such as a radiation thermometer and a thermocouple as necessary (embodiment), and the computer 30 may process the information.

[評価方法]
本実施の形態の評価方法は、上記評価システム10及びシステム300を用いてユーザの操作に基づき行われる。例えば後述する各具体例(図21)に応じた測定・評価処理が行われる。例えば、評価システム10が、図15(実施の形態1)のように恒温槽150の内部に設置された状態と、外部に設置された状態との各状態において、電源22からの電力により第2の配線(H2)によるヒータの領域(R2)ごとに加熱が行われる第1のステップと、電流計・電圧計21により第1の配線(H1)による抵抗測温体の領域(R1)ごとに測温が行われる第2のステップと、当該加熱及び測温に基づき、恒温槽150による対流抑制状態の有無に応じた、評価用半導体チップ1の領域の温度の測定、及び伝熱放熱材料51の伝熱放熱特性の評価が行われる第3のステップとを有する。即ちチップ1及び伝熱放熱材料51の周囲の対流による影響を抑制した状態で評価が行われる。
[Evaluation method]
The evaluation method of the present embodiment is performed based on a user operation using the evaluation system 10 and the system 300. For example, measurement / evaluation processing according to each specific example (FIG. 21) to be described later is performed. For example, the evaluation system 10 is second by the electric power from the power source 22 in each of a state where the evaluation system 10 is installed inside the thermostatic chamber 150 and a state where it is installed outside as shown in FIG. 15 (Embodiment 1). First step in which heating is performed for each heater region (R2) by the wiring (H2), and for each resistance temperature measuring region (R1) by the first wiring (H1) by the ammeter / voltmeter 21 Based on the second step in which temperature measurement is performed, the heating and the temperature measurement, the measurement of the temperature of the region of the semiconductor chip 1 for evaluation according to the presence or absence of the convection suppression state by the thermostatic bath 150, and the heat transfer heat dissipation material 51 And a third step in which the heat transfer heat radiation characteristics are evaluated. That is, the evaluation is performed in a state where the influence of convection around the chip 1 and the heat transfer heat radiation material 51 is suppressed.

[評価用半導体チップの構成(1)]
図2〜図5を用いて、一実施の形態の評価用半導体チップ1の構成について説明する。図2は、本評価用半導体チップ1の断面構造を示す。本チップ1は、シリコン基板(半導体基板)100の一方の面(第1面:M1)側に、各種の配線(H1,H2)及び電極(D1,D2)等が形成された層(1000)を有する。本層(1000)は、金属配線膜101,102、電極103(103a,103b)、及び絶縁層104(104a,104b,104c)が図示のように順次積層されて構成される。
[Configuration of Semiconductor Chip for Evaluation (1)]
The configuration of the evaluation semiconductor chip 1 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the evaluation semiconductor chip 1. This chip 1 is a layer (1000) in which various wirings (H1, H2), electrodes (D1, D2) and the like are formed on one surface (first surface: M1) side of a silicon substrate (semiconductor substrate) 100. Have The main layer (1000) is configured by sequentially laminating metal wiring films 101 and 102, electrodes 103 (103a and 103b), and insulating layers 104 (104a, 104b and 104c) as shown in the figure.

金属配線膜101(第1の配線H1)は、抵抗測温体として利用可能な金属の配線パターンが形成された構成である(例:図3)。   The metal wiring film 101 (first wiring H1) has a configuration in which a metal wiring pattern that can be used as a resistance temperature detector is formed (example: FIG. 3).

金属配線膜102(第2の配線H2)は、ヒータとして利用可能な金属の配線パターンが形成された構成である(例:図4)。   The metal wiring film 102 (second wiring H2) has a configuration in which a metal wiring pattern that can be used as a heater is formed (example: FIG. 4).

電極103(103a,103b)は、金属配線膜101(H1),102(H2)と電気的に接続される外部接続用の電極である(図1のシステム300のように外部接続可能である)。電極103は、金属配線膜101(H1)を後述の実装基板(図11、201)に電気的に接続するための第1の電極103a(D1)、及び金属配線膜102(H2)を実装基板(201)に電気的に接続するための第2の電極103b(D2)を有する構成である(例:図5)。   The electrodes 103 (103a, 103b) are external connection electrodes that are electrically connected to the metal wiring films 101 (H1), 102 (H2) (can be externally connected as in the system 300 of FIG. 1). . The electrode 103 includes a first electrode 103a (D1) and a metal wiring film 102 (H2) for electrically connecting the metal wiring film 101 (H1) to a mounting board (FIG. 11, 201) described later. (201) includes a second electrode 103b (D2) for electrical connection (example: FIG. 5).

絶縁層104(104a,104b,104c)は、ポリイミド膜による。金属配線膜101と102との間にポリイミド膜(104a)が設けられ、金属配線膜102と電極103との間にポリイミド膜(104b)が設けられる。電極103上にはポリイミド膜(104c)が保護層として形成される。   The insulating layer 104 (104a, 104b, 104c) is made of a polyimide film. A polyimide film (104 a) is provided between the metal wiring films 101 and 102, and a polyimide film (104 b) is provided between the metal wiring film 102 and the electrodes 103. A polyimide film (104c) is formed on the electrode 103 as a protective layer.

チップ1の表面(M1側)には、開口部g11,g12,g21,g22が設けられる。絶縁層104cには、開口部g21,g22が設けられる。g21は、後述の配線基板(図11、200)や他の半導体チップと金属配線膜101(H1)につながる電極103a(D1)とを接続するための開口である。g22は、配線基板(200)と金属配線膜102(H2)につながる電極103b(D2)とを接続するための開口である。絶縁層104a及び104bには、共に金属配線膜101と電極103aとを接続するための開口部g11が形成される。絶縁層104bには、更に金属配線膜102と電極103bとを接続するための開口部g12が形成される。   Openings g11, g12, g21, and g22 are provided on the surface (M1 side) of the chip 1. Openings g21 and g22 are provided in the insulating layer 104c. g21 is an opening for connecting an electrode 103a (D1) connected to a wiring substrate (FIGS. 11 and 200), which will be described later, or another semiconductor chip and the metal wiring film 101 (H1). g22 is an opening for connecting the wiring substrate (200) and the electrode 103b (D2) connected to the metal wiring film 102 (H2). In the insulating layers 104a and 104b, an opening g11 for connecting the metal wiring film 101 and the electrode 103a is formed. In the insulating layer 104b, an opening g12 for connecting the metal wiring film 102 and the electrode 103b is further formed.

開口部g11は、絶縁層104(104a,104b,104c)の同一の場所に設けられているので、金属配線膜101は、開口部g11,g21のどちらからも電気的な接続を確保可能である。同様に、金属配線膜102では、開口部g12,g22のどちらからも電気的な接続を確保可能である。上記構成により、開口部g21,g22を用いてBall Grid Array実装構造を採ることもできるし、開口部g11,g12を用いてWire-Bonding実装構造を採ることもできる。更にこれらの開口部は導通検査用端子として用いることもできる。   Since the opening g11 is provided in the same place of the insulating layer 104 (104a, 104b, 104c), the metal wiring film 101 can ensure electrical connection from either of the openings g11, g21. . Similarly, in the metal wiring film 102, electrical connection can be ensured from either of the openings g12 and g22. With the above configuration, the Ball Grid Array mounting structure can be adopted using the openings g21 and g22, and the Wire-Bonding mounting structure can be adopted using the openings g11 and g12. Furthermore, these openings can also be used as terminals for continuity inspection.

上記のような評価用半導体チップ1を後述の実装基板(図11、201)に実装した構成(評価システム10)とすることで、様々な温度プロセスなどを測定・評価可能である。   By adopting a configuration (evaluation system 10) in which the semiconductor chip for evaluation 1 as described above is mounted on a mounting board (FIGS. 11 and 201) described later, various temperature processes and the like can be measured and evaluated.

[評価用半導体チップの構成(2)]
図3に、図2のチップ1の金属配線膜101(H1)の配線パターンの一例を示す。本例示したパターンでは、金属配線膜101は、方形に蛇行する独立した白金(Pt)配線であり、3×3のマトリクス状に分画された領域(R1)にそれぞれ形成されている。分画する領域(R1)の数はいくつでもよく、その配置の仕方は、図3のように各領域(R1)が隣接していてもよいし、離れていてもよい(後述、図10)。
[Configuration of Evaluation Semiconductor Chip (2)]
FIG. 3 shows an example of the wiring pattern of the metal wiring film 101 (H1) of the chip 1 of FIG. In the illustrated pattern, the metal wiring film 101 is an independent platinum (Pt) wiring meandering in a square shape, and is formed in a region (R1) divided in a 3 × 3 matrix. The number of areas (R1) to be fractionated may be any number, and the arrangement method may be such that the areas (R1) may be adjacent as shown in FIG. 3 or may be separated (described later, FIG. 10). .

本例示したパターンでは、各白金配線はそれぞれ配線の両端に2つずつ、計4つの端子N1を有しており、端子N1は、電極103(103a)に接続される。このように、各配線(H1)の電気抵抗はいわゆる四端子法により測定できる。即ち、白金(Pt)の抵抗温度係数(3.9×10−3/K、日本金属学会編 金属データブック 改訂3版 p.212)から白金配線の各領域(R1)における温度(熱抵抗)を測定することができる。 In the illustrated pattern, each platinum wiring has a total of four terminals N1, two at each end of the wiring, and the terminal N1 is connected to the electrode 103 (103a). Thus, the electrical resistance of each wiring (H1) can be measured by a so-called four-terminal method. That is, the temperature (thermal resistance) in each region (R1) of platinum wiring from platinum (Pt) resistance temperature coefficient (3.9 × 10 −3 / K, edited by the Metallurgy Society of Japan, Metal Data Book, Rev. 3 p.212) Can be measured.

なお本例では複数の各領域(R1)で独立した白金配線を設けた構成を例示しているが、それら領域の金属配線膜101が1つの連続した配線からなる構成としてもよいし、連続した配線を途中から分岐させて端子N1を設けた構成としてもよい。   In this example, a configuration in which independent platinum wirings are provided in each of the plurality of regions (R1) is illustrated, but the metal wiring film 101 in these regions may be configured by one continuous wiring or may be continuous. The wiring may be branched from the middle to provide the terminal N1.

また金属配線膜101に使用する金属材料としては、温度と電気抵抗の線形性に優れており、また腐食耐性、マイグレーション耐性に優れていて膜質変化が小さいことから、特に白金(Pt)を利用することが望ましい。それ以外の金属材料、例えばニッケル(Ni)、銅(Cu)などを利用する場合には、使用に際して温度と電気抵抗の相関関係を計測して、予め検量線を作製しておく必要があるが、チップ作製コストは低減できる。繰り返し使用するならPtを用い、繰り返し使用しないならNiや銅を用いる等、用途・目的に応じて使い分ければよい。   In addition, as a metal material used for the metal wiring film 101, platinum (Pt) is particularly used because of excellent linearity of temperature and electric resistance, excellent corrosion resistance and migration resistance, and little change in film quality. It is desirable. When using other metal materials such as nickel (Ni), copper (Cu), etc., it is necessary to measure the correlation between temperature and electric resistance before use and prepare a calibration curve in advance. Chip manufacturing costs can be reduced. Pt is used for repeated use and Ni or copper is used for not repeatedly used, depending on the purpose and purpose.

[評価用半導体チップの構成(3)]
図4に、図2のチップ1の金属配線膜102(H2)の配線パターンの一例を示す。本例示したパターンでは、金属配線膜102は、Ni配線または銅配線が2×2のマトリクス上に分画された4つの領域(R2)に蛇行する一連の配線パターンである。Ni配線または銅配線は、両端及び途中に3つの端子N2を有し、それぞれ電極103(103b)に接続される。加熱領域を分画する場合、その領域(R2)の数はいくつでもよく、その配置の仕方は、図4に例示するように各領域(R2)が隣接していてもよいし、離れていてもよい(後述、図10)。また配線への電磁波シールド(401)を有する。
[Configuration of Evaluation Semiconductor Chip (3)]
FIG. 4 shows an example of a wiring pattern of the metal wiring film 102 (H2) of the chip 1 in FIG. In the illustrated pattern, the metal wiring film 102 is a series of wiring patterns in which Ni wiring or copper wiring meanders in four regions (R2) divided on a 2 × 2 matrix. The Ni wiring or the copper wiring has three terminals N2 at both ends and in the middle, and is connected to the electrode 103 (103b). When the heating area is fractionated, the number of the areas (R2) may be any number, and the arrangement method may be such that the areas (R2) may be adjacent to each other as illustrated in FIG. It is also possible (described later, FIG. 10). It also has an electromagnetic wave shield (401) to the wiring.

評価対象(実装)となる半導体装置に使われる半導体チップ内の各機能領域を模擬するような配置で、評価用半導体チップ1の金属配線膜102(H2)の加熱領域(R2)を配置し、各領域(R2)のみを選択して加熱するための端子(途中端子)N2を設ける。このような構成により、Ni配線または銅配線の加熱領域(R2)を選択可能となり、半導体チップの発熱領域を模擬できる。   The heating region (R2) of the metal wiring film 102 (H2) of the evaluation semiconductor chip 1 is arranged in such an arrangement as to simulate each functional region in the semiconductor chip used in the semiconductor device to be evaluated (mounted), A terminal (intermediate terminal) N2 for selecting and heating only each region (R2) is provided. With such a configuration, it is possible to select the heating area (R2) of the Ni wiring or the copper wiring, and the heat generation area of the semiconductor chip can be simulated.

なお本例示したパターンでは途中に端子N2を設ける構成としているが、勿論、簡易的な評価のために両端のみに端子N2を設けてもよいし、図3に例示した金属配線膜101(H1)と同様なパターン、即ち分画した各領域に独立した配線を設けてもよい。   In the pattern illustrated in the present example, the terminal N2 is provided in the middle. Of course, the terminal N2 may be provided only at both ends for simple evaluation, or the metal wiring film 101 (H1) illustrated in FIG. It is also possible to provide an independent wiring in the same pattern as that in FIG.

また金属配線膜102に使用する金属材料は、Niや銅に限らず、評価対象となる半導体装置に使われる半導体チップの発熱挙動を模擬できるような導体抵抗を有し、低コストで微細なパターンを加工形成でき、且つ高温耐久性を有する金属であればよい。具体的には、NiCr系合金、NiCrAl系合金、Cu系合金、CuMn、CuNi、FeCr系合金、タングステン等である。   The metal material used for the metal wiring film 102 is not limited to Ni or copper, and has a conductor resistance that can simulate the heat generation behavior of a semiconductor chip used in a semiconductor device to be evaluated, and has a fine pattern at low cost. Any metal can be used as long as it can be processed and formed and has high-temperature durability. Specifically, NiCr alloy, NiCrAl alloy, Cu alloy, CuMn, CuNi, FeCr alloy, tungsten, and the like.

[評価用半導体チップの構成(4)]
図5に、図2のチップ1の電極103(D1,D2)の構造の一例を示す。電極103は、本例示したパターンでは、103a(D1)に対応する外部接続用電極501が、金属配線膜101(H1)の端子N1と接続される。103b(D2)に対応する外部接続用電極502が、金属配線膜102(H2)の端子N2と接続される。
[Configuration of Evaluation Semiconductor Chip (4)]
FIG. 5 shows an example of the structure of the electrodes 103 (D1, D2) of the chip 1 in FIG. In the pattern illustrated in this example, the electrode 103 has an external connection electrode 501 corresponding to 103a (D1) connected to the terminal N1 of the metal wiring film 101 (H1). The external connection electrode 502 corresponding to 103b (D2) is connected to the terminal N2 of the metal wiring film 102 (H2).

[評価用半導体チップの製造方法]
次に図6を用いて、本実施の形態の評価用半導体チップ1の製造方法について説明する。図6(a)〜(d)は、チップ1の製造方法の過程を示す。まず図6(a)で、シリコン基板100の一方の面(M1)に、図示しないSi酸化膜を成長させる。Si酸化膜は、900℃程度のスチーム雰囲気下でSiと酸素を反応させるような一般的な方法で形成すればよい。そしてSi酸化膜上に、白金配線パターン(例:図3)を有する金属配線膜101をリフトオフ法により形成する。具体的には、まずSi酸化膜上にパターニングされたレジストを形成し、各絶縁層(101aはPtO膜、101bはPt膜、101cはTiO膜)を順次蒸着する。そしてレジストを除去して図3の配線パターンを完成させる。本実施の形態では、リフトオフ法を採用しているので、配線厚は、実効的には最大1μm程度である。このような薄膜構造の測温体(測温膜)を用いたことにより、測温体(測温膜)自身の熱容量を最小化でき、その結果として高速応答性が実現できる。なお、PtO膜(101a)はSi酸化膜との密着性を、TiO膜(101c)はポリイミド膜(104a)との密着性を向上させるために、それぞれPt膜(101b)に対して1/100程度の膜厚で設けている。
[Method of Manufacturing Semiconductor Chip for Evaluation]
Next, a method for manufacturing the evaluation semiconductor chip 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. 6A to 6D show the process of the manufacturing method of the chip 1. First, in FIG. 6A, a Si oxide film (not shown) is grown on one surface (M1) of the silicon substrate 100. The Si oxide film may be formed by a general method in which Si and oxygen are reacted in a steam atmosphere at about 900 ° C. Then, a metal wiring film 101 having a platinum wiring pattern (for example, FIG. 3) is formed on the Si oxide film by a lift-off method. Specifically, first, a patterned resist is formed on the Si oxide film, and each insulating layer (101a is a PtO film, 101b is a Pt film, and 101c is a TiO film) is sequentially deposited. Then, the resist is removed to complete the wiring pattern shown in FIG. In the present embodiment, since the lift-off method is employed, the wiring thickness is effectively about 1 μm at maximum. By using such a thin-film temperature measuring element (temperature measuring film), the heat capacity of the temperature measuring element (temperature measuring film) itself can be minimized, and as a result, high-speed response can be realized. In order to improve the adhesion between the PtO film (101a) and the Si oxide film and the TiO film (101c) against the polyimide film (104a), the PtO film (101a) is 1/100 of the Pt film (101b). It is provided with a film thickness of about.

次に図6(b)で、絶縁層104として、金属配線膜101の両端を覆い、端子N1部分を開口させた膜厚約5μmのポリイミド膜(104a)を形成し、そしてその膜(104a)上に、Ni配線パターン(例:図4)を有する金属配線膜102を形成する。例えば、Cr膜及び銅膜の積層膜をシード膜として、レジストのフォトリソグラフィ及びNi電気めっきを併用するセミアディティブ法を用いることにより、図4の配線パターンを有する金属配線膜102を形成できる。   Next, in FIG. 6B, as the insulating layer 104, a polyimide film (104a) having a thickness of about 5 μm is formed, covering both ends of the metal wiring film 101 and opening the terminal N1 portion, and the film (104a). A metal wiring film 102 having a Ni wiring pattern (eg, FIG. 4) is formed thereon. For example, the metal wiring film 102 having the wiring pattern shown in FIG. 4 can be formed by using a semi-additive method in which resist photolithography and Ni electroplating are used in combination using a laminated film of a Cr film and a copper film as a seed film.

更に図6(c)で、金属配線膜102の両端を覆い、端子N1及び端子N2部分を開口させたポリイミド膜(104b)を形成し、その膜(104b)上にセミアディティブ法により図5の外部接続用の電極103(103a,103b)を形成する。   Further, in FIG. 6C, a polyimide film (104b) covering both ends of the metal wiring film 102 and opening the terminal N1 and terminal N2 portions is formed, and the semi-additive method of FIG. 5 is formed on the film (104b). External connection electrodes 103 (103a, 103b) are formed.

そして最後に図6(d)で、後述する実装基板(201)等と電極103を接続するための開口(g11等)を有する保護層としてのポリイミド膜(104c)を形成することで、図2のチップ1が得られる。   Finally, in FIG. 6D, a polyimide film (104c) as a protective layer having an opening (g11 or the like) for connecting the mounting substrate (201) or the like to be described later and the electrode 103 is formed. The chip 1 is obtained.

本評価用半導体チップ1は、上述の構造に限らず下記のように様々な変形が可能である。例えば、抵抗測温体(H1)及びヒータ(H2)は、どのような位置関係で配置されていてもよい。また抵抗測温体(H1)、ヒータ(H2)、及び電極(D1,D2)は、積層ではなくシリコン基板(100)の同一面内(同一層)に形成されてもよい。更に、配線の温度と電気抵抗の関係を明らかにしておくことで、ヒータ(H2)と抵抗測温体(H1)を1つの配線で兼ねることもできる。即ち、配線に接続された電源(22)から電力を供給すると同時に電気抵抗を測定すれば、別途配線を設けずとも、発熱する配線自身の温度を測定可能となる。これにより本評価用半導体チップ1の構造を大幅に簡素化し、短TATで製造可能となり、製造コストの大幅低減が可能となる。   The evaluation semiconductor chip 1 is not limited to the above-described structure and can be variously modified as described below. For example, the resistance temperature detector (H1) and the heater (H2) may be arranged in any positional relationship. The resistance temperature detector (H1), the heater (H2), and the electrodes (D1, D2) may be formed in the same plane (same layer) of the silicon substrate (100) instead of being stacked. Furthermore, by clarifying the relationship between the temperature of the wiring and the electrical resistance, the heater (H2) and the resistance temperature sensor (H1) can be combined with one wiring. That is, if power is supplied from the power source (22) connected to the wiring and the electrical resistance is measured at the same time, the temperature of the wiring itself that generates heat can be measured without providing a separate wiring. As a result, the structure of the semiconductor chip for evaluation 1 is greatly simplified and can be manufactured with a short TAT, and the manufacturing cost can be greatly reduced.

また本評価用半導体チップ1は、抵抗測温体としての金属配線膜101(H1)のみを備え、ヒータ(H2)の機能を持たない構成としてもよい。例えば、外部から加熱するプロセスの温度プロファイルを計測する場合には、必ずしも評価用半導体チップ1内にはヒータ(H2)が必須ではないため、より簡素な構成とすることができる。   Further, the evaluation semiconductor chip 1 may be configured to include only the metal wiring film 101 (H1) as a resistance thermometer and not have the function of the heater (H2). For example, when measuring the temperature profile of the process of heating from the outside, the heater (H2) is not necessarily required in the evaluation semiconductor chip 1, and therefore a simpler configuration can be achieved.

[評価用半導体チップの変形例(1)]
以下、評価用半導体チップ1に関する変形例を示す。
[Modification Example of Evaluation Semiconductor Chip (1)]
Hereinafter, modified examples related to the evaluation semiconductor chip 1 will be described.

図7は、第1の変形例の評価用半導体チップ2を示す。本チップ2は、抵抗測温体の金属配線膜101(H1)と、ヒータの金属配線膜102(H2)とが、図2のチップ1の抵抗測温体(101)及びヒータ(102)とは逆の位置(層)に配置された構造である。本チップ2によれば、ヒータ(102)の領域(R2)よりも抵抗測温体(101)の測定領域(R1)の方が、電極103が外部接続される開口部g21,g22の近傍となっている。そのため、より発熱源に近い位置(例えば、硬化性樹脂材料であるアンダーフィル材)の温度を測定可能である。ただしポリイミド膜(104a,104b)は十分に薄く、従って熱容量は十分に小さいので、1と2の実用上の性能差は殆ど無いと言えるので、形成歩留り差などを考慮して有利構造を選択するとよい。   FIG. 7 shows the evaluation semiconductor chip 2 of the first modification. The chip 2 includes a resistance thermometer metal wiring film 101 (H1) and a heater metal wiring film 102 (H2), and the resistance temperature measuring body (101) and the heater (102) of the chip 1 of FIG. Is a structure arranged in the opposite position (layer). According to this chip 2, the measurement region (R1) of the resistance temperature detector (101) is closer to the openings g21 and g22 to which the electrode 103 is externally connected than the region (R2) of the heater (102). It has become. Therefore, the temperature at a position closer to the heat source (for example, an underfill material that is a curable resin material) can be measured. However, since the polyimide films (104a, 104b) are sufficiently thin and the heat capacity is sufficiently small, it can be said that there is almost no practical performance difference between 1 and 2, so if an advantageous structure is selected in consideration of the formation yield difference, etc. Good.

[評価用半導体チップの変形例(2)]
図8は、第2の変形例の評価用半導体チップ3を示す。本チップ3は、抵抗測温体の金属配線膜101(H1)とヒータの金属配線膜102(H2)とが、同じ面(層)内の酸化膜上に形成され、それら(101,102)の両端を覆うように、金属配線膜101と電極103aとを接続するための開口部g31、及び金属配線膜102と電極103bとを接続するための開口部g32、を有するポリイミド膜(絶縁層104d)が設けられている。前述の絶縁層としての2つのポリイミド膜(104a,104b)を1つのポリイミド膜(104d)で実現できるため、チップ1に比べて層数を減少させ、より低コスト、簡便な方法で製造可能である。
[Modification Example of Evaluation Semiconductor Chip (2)]
FIG. 8 shows an evaluation semiconductor chip 3 of a second modification. In the chip 3, the metal wiring film 101 (H 1) of the resistance thermometer and the metal wiring film 102 (H 2) of the heater are formed on the oxide film in the same surface (layer), and (101, 102) A polyimide film (insulating layer 104d) having an opening g31 for connecting the metal wiring film 101 and the electrode 103a and an opening g32 for connecting the metal wiring film 102 and the electrode 103b so as to cover both ends of ) Is provided. Since the two polyimide films (104a, 104b) as the insulating layer described above can be realized by one polyimide film (104d), the number of layers can be reduced compared to the chip 1, and it can be manufactured at a lower cost and with a simple method. is there.

[評価用半導体チップの変形例(3)]
図9は、第3の変形例の評価用半導体チップ4を示す。本チップ4は、抵抗測温体(H1)とヒータ(H2)の機能を兼ねる金属配線膜105のみが形成され、金属配線膜105の両端を覆うように、金属配線膜105と電極103(103a,103b)とを接続するための開口部g41,g42を有するポリイミド膜(絶縁層104e)が設けられている。なお金属配線膜105には、例えば図3のようなNi配線または銅配線を利用できる。本チップ4を、後述の配線基板(200)に実装し、両端の端子に電源(22)と電流計・電圧計(21)などを接続することで、Ni配線または銅配線に流れる電流を制御すると共に、Niの抵抗温度係数(6.3×10−3/K、日本金属学会編 金属データブック 改訂3版 p.212)または銅の抵抗温度係数(4.3×10−3/K、日本金属学会編 金属データブック 改訂3版 p.212)から、Ni配線または銅配線の各領域(R1)における温度を測定可能である。本チップ4によれば、チップ1に比べて絶縁層(ポリイミド膜)及び金属配線膜をそれぞれ1つずつ省略できるため、製造プロセスの簡素化と、製造コストの大幅な低減が可能である。
[Modification Example of Evaluation Semiconductor Chip (3)]
FIG. 9 shows an evaluation semiconductor chip 4 of a third modification. In this chip 4, only the metal wiring film 105 that functions as the resistance temperature sensor (H 1) and the heater (H 2) is formed, and the metal wiring film 105 and the electrode 103 (103 a) are formed so as to cover both ends of the metal wiring film 105. , 103b) is provided with a polyimide film (insulating layer 104e) having openings g41, g42. For the metal wiring film 105, for example, Ni wiring or copper wiring as shown in FIG. 3 can be used. This chip 4 is mounted on a wiring board (200), which will be described later, and the current flowing in the Ni wiring or copper wiring is controlled by connecting the power source (22) and the ammeter / voltmeter (21) to the terminals at both ends. In addition, the temperature coefficient of resistance of Ni (6.3 × 10 −3 / K, edited by the Japan Institute of Metals, Metal Data Book 3rd edition, p. 212) or the temperature coefficient of resistance of copper (4.3 × 10 −3 / K, It is possible to measure the temperature in each region (R1) of the Ni wiring or the copper wiring from the metal data book revised edition 3 p.212) edited by the Japan Institute of Metals. According to this chip 4, each of the insulating layer (polyimide film) and the metal wiring film can be omitted one by one as compared with the chip 1, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be greatly reduced.

[評価用半導体チップの構成例]
次に図10を用いて、後述の各構成の評価用システムの構成部材となる、評価用半導体チップ1(特にその領域R1,R2)の構成例を説明する。図10で、3種類の評価用半導体チップ1である1a,1b,1cの構成(上面)を示す。チップ1a,1b,1cに形成される各々の抵抗測温体層(白金配線)としての金属配線膜101(H1)と、ヒータ層(Ni配線)としての金属配線膜102(H2)と、電極層(電極103)(D1,D2)との組み合わせを示す。
[Configuration example of semiconductor chip for evaluation]
Next, a configuration example of the evaluation semiconductor chip 1 (particularly, the regions R1 and R2) serving as a constituent member of an evaluation system having each configuration described later will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows the configuration (upper surface) of three types of semiconductor chips 1 for evaluation, 1a, 1b, and 1c. Metal wiring film 101 (H1) as each resistance temperature measuring layer (platinum wiring) formed on chips 1a, 1b, and 1c, metal wiring film 102 (H2) as a heater layer (Ni wiring), and electrodes A combination with the layer (electrode 103) (D1, D2) is shown.

第1のチップ1aは、外形サイズが8mm×8mmであり、3×3のマトリクス状に分画された領域(R1)(#1〜9)が隣接して配置される金属配線膜(H1)101Aと、2×2のマトリクス状に分画された領域(R2)(#1〜4)が隣接して配置される金属配線膜(H2)102Aと、外形サイズの面積のほぼ全面に配線された電極(D1,D2)103Aとが積層された構成である。なお各抵抗測温体の領域R1における複数の温度測定単位となる領域を番号(#)1〜9で示す。またヒータの領域R2における複数の加熱単位となる領域を番号(#)1〜4で示す。   The first chip 1a has an outer size of 8 mm × 8 mm, and a metal wiring film (H1) in which the regions (R1) (# 1 to 9) divided into a 3 × 3 matrix are arranged adjacent to each other. 101A and a metal wiring film (H2) 102A in which regions (R2) (# 1 to 4) divided in a 2 × 2 matrix are arranged adjacent to each other, and are wired over almost the entire area of the outer size. The electrodes (D1, D2) 103A are stacked. In addition, the area | region used as the several temperature measurement unit in area | region R1 of each resistance temperature sensor is shown with number (#) 1-9. In addition, regions (#) 1 to 4 that serve as a plurality of heating units in the heater region R2 are indicated.

第2のチップ1bは、外形サイズが9mm×13mmであり、3×3のマトリクス状に分画された領域(R1)(#1〜9)が離れて配置される金属配線膜(H1)101Bと、2×2のマトリクス状に分画された領域(R2)(#1〜4)が隣接して配置される金属配線膜(H2)102Bと、外形サイズの面積のほぼ全面に配線された電極(D1,D2)103Bとが積層された構成である。なお本例では金属配線膜101Bの全領域R1の面積は、金属配線膜101Aの全領域R1の面積と同じである。   The second chip 1b has an outer size of 9 mm × 13 mm, and a metal wiring film (H1) 101B in which the regions (R1) (# 1 to 9) partitioned in a 3 × 3 matrix are arranged apart from each other. In addition, the region (R2) (# 1 to 4) divided into a 2 × 2 matrix is arranged adjacent to the metal wiring film (H2) 102B, and is wired almost over the entire surface of the outer size. The electrodes (D1, D2) 103B are stacked. In this example, the area of the entire region R1 of the metal wiring film 101B is the same as the area of the entire region R1 of the metal wiring film 101A.

第3のチップ1cは、外形サイズが15mm×25mmであり、第2のチップ1bと同様に、金属配線膜(H1)101B、金属配線膜(H2)102B、及び電極103Bが積層された構成である。   The third chip 1c has an outer size of 15 mm × 25 mm, and has a configuration in which a metal wiring film (H1) 101B, a metal wiring film (H2) 102B, and an electrode 103B are stacked in the same manner as the second chip 1b. is there.

以上を踏まえ、次に基本構成の評価システム(91〜94)について説明する。その後、特徴的な実施の形態(1〜6)の評価システム(11〜16)について説明する。各基本構成は、実施の形態1等の構成要素となったり、評価の際の比較要素となる。なお以下の評価システム(配線基板200)に実装される評価用半導体チップとして図2のチップ1とするが、これに限らず前述の各種構造のチップとしてもよい。   Based on the above, the evaluation system (91 to 94) of the basic configuration will be described next. Then, the evaluation system (11-16) of characteristic embodiment (1-6) is demonstrated. Each basic configuration becomes a component of the first embodiment or the like, or a comparison factor at the time of evaluation. In addition, although it is set as the chip | tip 1 of FIG. 2 as a semiconductor chip for evaluation mounted in the following evaluation systems (wiring board 200), it is good also as a chip | tip of the above-mentioned various structures not only this.

[第1の基本構成]
図11は、一実施の形態として第1の基本構成である評価システム91を示す。図11で、本評価システム91は、前述の図2の評価用半導体チップ1(上下は逆)を、配線基板200(実装基板201)に対し、はんだバンプ204によって実装した構成である。尚はんだバンプ204を用いて接続する場合、前述の開口部g11,g12は閉じていてもよい。配線基板200は、プリント基板やセラミック基板などであり、基板配線203(203a,203b)及びその端部に接続される配線群250a,250bなどを有する。基板配線203aは、抵抗測温体の金属配線膜101(H1)に接続される。基板配線203bは、ヒータの金属配線膜102(H2)に接続される。配線群250aは、基板配線203aを介して、抵抗測温体(H1)と電流計・電圧計21とを結線する。配線群250bは、基板配線203bを介して、ヒータ(H2)と外部電源22とを結線する。
[First basic configuration]
FIG. 11 shows an evaluation system 91 which is a first basic configuration as one embodiment. In FIG. 11, the present evaluation system 91 has a configuration in which the evaluation semiconductor chip 1 shown in FIG. 2 (upside down) is mounted on the wiring board 200 (mounting board 201) by solder bumps 204. When the connection is made using the solder bump 204, the openings g11 and g12 described above may be closed. The wiring substrate 200 is a printed circuit board, a ceramic substrate, or the like, and includes a substrate wiring 203 (203a, 203b) and wiring groups 250a, 250b connected to the ends thereof. The substrate wiring 203a is connected to the metal wiring film 101 (H1) of the resistance temperature detector. The substrate wiring 203b is connected to the metal wiring film 102 (H2) of the heater. The wiring group 250a connects the resistance thermometer (H1) and the ammeter / voltmeter 21 via the substrate wiring 203a. The wiring group 250b connects the heater (H2) and the external power supply 22 via the substrate wiring 203b.

これにより図1のように本評価システム91の外部からヒータ(H2)の各領域(R2)の加熱と、抵抗測温体(白銀配線)(H1)の各領域(R1)の熱抵抗の測定(四端子法による電気抵抗の測定)とが可能である。抵抗測温体(H1)の領域(R1)の測定結果と、白金の抵抗温度係数(3.9×10−3/K)とから、白金配線(H1)の各領域(R1)の温度を測定(算出)可能である。 Thus, as shown in FIG. 1, the heating of each region (R2) of the heater (H2) and the measurement of the thermal resistance of each region (R1) of the resistance thermometer (white silver wiring) (H1) from the outside of the evaluation system 91. (Measurement of electric resistance by the four probe method) is possible. The temperature of each region (R1) of the platinum wiring (H1) is determined from the measurement result of the region (R1) of the resistance thermometer (H1) and the resistance temperature coefficient (3.9 × 10 −3 / K) of platinum. Measurement (calculation) is possible.

[第2の基本構成]
図12は、第2の基本構成の評価システム92を示す。なお図12等では、チップ1の配線(H1,H2)及び電極(D1,D2)等の形成部(1000)を図示のように簡易的に示す。本評価システム92は、伝熱放熱材料51(放熱材料A)を含んだ対象装置における伝熱放熱特性を評価する構成である。本評価システム92は、図11の評価システム91を、より実際に近い形態で搭載し、評価用半導体チップ1及びその周辺(51を含む)の熱情報の取得を可能とする構成である。
[Second basic configuration]
FIG. 12 shows an evaluation system 92 having a second basic configuration. In FIG. 12 and the like, the formation portions (1000) such as the wiring (H1, H2) and the electrodes (D1, D2) of the chip 1 are simply shown as shown. The evaluation system 92 is configured to evaluate heat transfer heat dissipation characteristics in the target device including the heat transfer heat dissipation material 51 (heat dissipation material A). This evaluation system 92 has a configuration in which the evaluation system 91 of FIG. 11 is mounted in a form that is closer to actuality, and it is possible to acquire thermal information of the evaluation semiconductor chip 1 and its periphery (including 51).

本評価システム92は、図11の評価システム91(上下は逆)(その実装基板201)と、アルミ(Al)材などから成る放熱板71とを、評価用半導体チップ1と放熱板71との間に伝熱放熱材料51を挟んだ形で、断熱性ネジ241により固定した構成である。   The evaluation system 92 includes an evaluation system 91 shown in FIG. 11 (upside down) (its mounting substrate 201) and a heat sink 71 made of aluminum (Al) material or the like. In this configuration, the heat transfer heat radiation material 51 is sandwiched between them and fixed by a heat insulating screw 241.

チップ1の下側の第2面M2と、放熱板71の上側の面との間に伝熱放熱材料51が充填されている。配線基板200上の基板配線203の少なくとも一部は、コネクタ242を介してハーネス243として外部回路(図1)に電気的に接続される。また本評価システム92は、放熱板71下に、温度制御機器72を配した構造である。これにより放熱板71の温度を制御可能である。   A heat transfer heat dissipation material 51 is filled between the lower second surface M <b> 2 of the chip 1 and the upper surface of the heat dissipation plate 71. At least a part of the substrate wiring 203 on the wiring substrate 200 is electrically connected to an external circuit (FIG. 1) as a harness 243 via the connector 242. The evaluation system 92 has a structure in which a temperature control device 72 is arranged under the heat radiating plate 71. Thereby, the temperature of the heat sink 71 can be controlled.

本評価システム92の構成では、チップ1及び伝熱放熱材料51を含む対象部において、チップ1の抵抗測温体(H1)の領域R1の温度変化を検出・測定ができる。また温度制御機器72を用いた放熱板71の温度制御により、1に対応するチップに対する51に対応する伝熱放熱材料(伝熱放熱シート等)の実装時(実利用時)に近い状態での放熱特性を評価可能である。つまり、本評価システム92(図1、コンピュータ30)では、両者(チップ1,伝熱放熱材料51)の温度差を算出することにより、伝熱放熱材料51の放熱特性(熱抵抗)を知ることができる。そのため、51に対応した伝熱放熱シート等の設計・開発においても有用なデータを取得できる。   In the configuration of the evaluation system 92, the temperature change in the region R1 of the resistance thermometer (H1) of the chip 1 can be detected and measured in the target portion including the chip 1 and the heat transfer heat dissipation material 51. In addition, by temperature control of the heat radiating plate 71 using the temperature control device 72, the heat transfer heat radiating material (heat transfer heat radiating sheet or the like) corresponding to 51 for the chip corresponding to 1 is mounted (in actual use). The heat dissipation characteristics can be evaluated. In other words, the evaluation system 92 (FIG. 1, computer 30) knows the heat dissipation characteristics (thermal resistance) of the heat transfer heat dissipation material 51 by calculating the temperature difference between the two (chip 1, heat transfer heat dissipation material 51). Can do. Therefore, useful data can be acquired also in the design and development of a heat transfer heat radiation sheet corresponding to 51.

なお図12の構成で放熱材料(51)を設けない形態、即ちチップ1と放熱板71との間に空間領域を設けた形態として、測温及び放熱特性の評価をしてもよい。   Note that the temperature measurement and heat dissipation characteristics may be evaluated as a configuration in which the heat dissipation material (51) is not provided in the configuration of FIG. 12, that is, a configuration in which a space region is provided between the chip 1 and the heat dissipation plate 71.

[第3の基本構成]
図13は、第3の基本構成の評価システム93を示す。本評価システム93の構成は、第2の基本構成の評価システム92に対し、伝熱放熱材料51を設けない構成である。かつ本評価システム93は、チップ1の下面(第2面M2)と放熱板71の上面とが接触して配置される。このような構成において、放熱材料を持たない場合の対象装置の測温・放熱特性評価ができる。
[Third basic configuration]
FIG. 13 shows an evaluation system 93 having a third basic configuration. The configuration of the evaluation system 93 is a configuration in which the heat transfer heat radiating material 51 is not provided in the evaluation system 92 having the second basic configuration. The evaluation system 93 is arranged such that the lower surface (second surface M2) of the chip 1 and the upper surface of the heat sink 71 are in contact with each other. In such a configuration, it is possible to evaluate the temperature measurement and heat dissipation characteristics of the target device without the heat dissipation material.

[第4の基本構成]
図14は、第4の基本構成の評価システム94を示す。本評価システム94は、熱放射放熱材料52(放熱材料B)及び断熱材77を備えた構成である。本評価システム94は、図11の評価システム91のチップ1の下面(M2)に熱放射放熱材料52が形成されていると共に、その対向面を放熱板71ではなく断熱材77に変えた構成である。熱放射放熱材料52と断熱材77との間の距離k4(空間領域1004)を制御して断熱材77が配置されている。
[Fourth basic configuration]
FIG. 14 shows an evaluation system 94 having a fourth basic configuration. The evaluation system 94 includes a heat radiation heat dissipation material 52 (heat dissipation material B) and a heat insulating material 77. The evaluation system 94 has a configuration in which the heat radiation heat radiation material 52 is formed on the lower surface (M2) of the chip 1 of the evaluation system 91 in FIG. 11 and the opposite surface is changed to the heat insulating material 77 instead of the heat radiation plate 71. is there. The heat insulating material 77 is arranged by controlling the distance k4 (space region 1004) between the heat radiation heat radiating material 52 and the heat insulating material 77.

以上を踏まえ、以下、特徴的な実施の形態を説明する。実施の形態1は、放熱材料として伝熱放熱材料51を用いた構成例であり、実施の形態2〜6は、放熱材料として熱放射放熱材料52を用いた構成例である。   Based on the above, a characteristic embodiment will be described below. Embodiment 1 is a configuration example using a heat transfer heat dissipation material 51 as a heat dissipation material, and Embodiments 2 to 6 are configuration examples using a heat radiation heat dissipation material 52 as a heat dissipation material.

<実施の形態1>
図15は、実施の形態1の評価システム11の構成を示す。実施の形態1の評価システム11では、評価用半導体チップ1及び伝熱放熱材料51を含む対象装置に関して、伝熱、対流、熱反射(その有無)による放熱特性を測定・評価する構成である。本評価システム11は、図12の評価システム92を恒温槽(チャンバ)150内に配置した構成である。恒温槽150は、内部の対流を抑制する機能を持つアルミ(Al)製の恒温槽(対流抑制Al製恒温槽)である。恒温槽150の内壁は、必要に応じて、Al状態(150aとする)と、それに黒体塗料を塗布した状態(150bとする)とを、容易に切り替え可能である。Al状態(150a)は熱反射有りの状態、黒体塗布状態(150b)は熱反射無しの状態に対応する。即ち、本評価システム11では、恒温槽150の内壁がAl状態(150a)及び黒体塗布状態(150b)の各状態におけるチップ1及びその周辺(伝熱放熱材料51を含む)の熱情報の取得が可能である。本評価システム11(図1のシステム300)では、上記各状態(150a,150b)におけるチップ1の領域R1の温度(熱抵抗)の測定データを取得してそれらの差分データを取得(算出)することで、対流抑制時における熱反射の有無に応じた伝熱放熱特性の評価が可能である。
<Embodiment 1>
FIG. 15 shows the configuration of the evaluation system 11 of the first embodiment. The evaluation system 11 according to the first embodiment is configured to measure and evaluate heat dissipation characteristics due to heat transfer, convection, and heat reflection (existence / absence) of a target device including the evaluation semiconductor chip 1 and the heat transfer heat dissipation material 51. The evaluation system 11 has a configuration in which the evaluation system 92 in FIG. 12 is arranged in a thermostatic chamber (chamber) 150. The thermostat 150 is an aluminum (Al) thermostat (convection suppressive Al thermostat) having a function of suppressing internal convection. The inner wall of the thermostatic chamber 150 can be easily switched between an Al state (150a) and a black body paint applied thereto (150b) as needed. The Al state (150a) corresponds to a state with heat reflection, and the black body application state (150b) corresponds to a state without heat reflection. That is, in this evaluation system 11, acquisition of thermal information of the chip 1 and its surroundings (including the heat transfer heat dissipation material 51) when the inner wall of the thermostatic chamber 150 is in the Al state (150a) and the black body application state (150b). Is possible. In this evaluation system 11 (system 300 in FIG. 1), the measurement data of the temperature (thermal resistance) of the region R1 of the chip 1 in each state (150a, 150b) is acquired, and the difference data is acquired (calculated). Thus, it is possible to evaluate the heat transfer and heat dissipation characteristics according to the presence or absence of heat reflection when suppressing convection.

また本評価システム11は、恒温槽150の上下面に温度制御機器151(ペルチェ温度制御機器)を配した構造である。これにより放熱板71と同温度で恒温槽150(内部)の温度を制御する(外部から制御可能である)。これにより、伝熱放熱材料51に対応した伝熱放熱シート等の実使用状態(実装時)の模擬における伝熱以外の分(対流抑制)の放熱データを取得して評価ができる。なお恒温槽150内の温度制御機器72を省略した形態としてもよい。   In addition, the evaluation system 11 has a structure in which temperature control devices 151 (Peltier temperature control devices) are arranged on the upper and lower surfaces of the constant temperature bath 150. Thereby, the temperature of the thermostat 150 (inside) is controlled at the same temperature as the heat sink 71 (controllable from the outside). Thereby, it is possible to acquire and evaluate the heat radiation data for the portion other than heat transfer (convection suppression) in the simulation of the actual use state (when mounted) of the heat transfer heat radiation sheet corresponding to the heat transfer heat radiation material 51. The temperature control device 72 in the thermostat 150 may be omitted.

<実施の形態2>
図16は、実施の形態2の評価システム12の構成を示す。実施の形態2の評価システム12は、チップ1及び熱放射放熱材料52を含む対象装置に関して、熱放射放熱特性を測定・評価する構成である。本評価システム12は、図11の評価システム91(チップ1及び実装基板201等)を、より実際(実装)に近い形態で構成し、評価用半導体チップ1及びその周辺(熱放射放熱材料52を含む)の熱情報の取得を可能とする。本評価システム12は、チップ1の表面(M2)に熱放射放熱材料52を形成した状態で、Al製の放熱板71との間に非接触な状態で距離k1(空間領域1001)を制御して配置された構成である。なお距離k1(空間領域1001)の制御は、例えば断熱性ネジ241の調整で可能である。本評価システム12では、チップ1(熱放射放熱材料52)と放熱板71(Al)との間(1001)に発生する対流を距離k1の制御により抑制した状態での熱放射放熱特性の評価が可能である。
<Embodiment 2>
FIG. 16 shows a configuration of the evaluation system 12 according to the second embodiment. The evaluation system 12 according to the second embodiment is configured to measure and evaluate the heat radiation and heat dissipation characteristics of the target device including the chip 1 and the heat radiation and heat dissipation material 52. The evaluation system 12 is configured with the evaluation system 91 (chip 1 and mounting substrate 201 and the like) of FIG. 11 in a form that is closer to the actual (mounting), and the evaluation semiconductor chip 1 and its surroundings (the heat radiation heat dissipation material 52) (Including) thermal information can be acquired. The evaluation system 12 controls the distance k1 (space region 1001) in a non-contact state with the heat sink 71 made of Al with the heat radiation heat dissipation material 52 formed on the surface (M2) of the chip 1. It is the structure arranged. The distance k1 (spatial region 1001) can be controlled, for example, by adjusting the heat insulating screw 241. In this evaluation system 12, the evaluation of the heat radiation heat dissipation characteristics in a state where the convection generated between the chip 1 (the heat radiation heat radiation material 52) and the heat radiation plate 71 (Al) (1001) is suppressed by the control of the distance k1. Is possible.

<実施の形態3>
図17は、実施の形態3の評価システム13の構成を示す。本評価システム13は、チップ1及び熱放射放熱材料52を含む対象装置に関して、対流抑制時における熱放射放熱特性を測定・評価する構成である。本評価システム13は、図12の評価システム92の放熱板71上に更に低熱反射板73を配置した構成である。チップ1の表面(M2)に熱放射放熱材料52を形成した状態で、低熱反射板73との間に非接触な状態で距離k2(空間領域1002)を制御して配置された構成である。低熱反射板73は、熱反射が低い、例えばアルマイト製である。本評価システム13では、低熱反射板73からの熱反射を抑制した状態での熱放射放熱特性を評価でき、チップ1の表面(M2)に形成された熱放射放熱材料52からの熱放射を反映した温度計測ができる。
<Embodiment 3>
FIG. 17 shows the configuration of the evaluation system 13 of the third embodiment. The evaluation system 13 is configured to measure and evaluate the thermal radiation heat radiation characteristics at the time of convection suppression for the target device including the chip 1 and the heat radiation heat radiation material 52. The evaluation system 13 has a configuration in which a low heat reflection plate 73 is further arranged on the heat dissipation plate 71 of the evaluation system 92 of FIG. In this state, the heat radiation heat dissipating material 52 is formed on the surface (M2) of the chip 1, and the distance k2 (space region 1002) is controlled in a non-contact state with the low heat reflecting plate 73. The low heat reflecting plate 73 is made of alumite, for example, having low heat reflection. In this evaluation system 13, the thermal radiation heat radiation characteristic in the state which suppressed the heat reflection from the low heat reflection board 73 can be evaluated, and the thermal radiation from the thermal radiation heat radiation material 52 formed in the surface (M2) of the chip | tip 1 is reflected. Temperature measurement.

<実施の形態4>
図18は、実施の形態4の評価システム14の構成を示す。本評価システム14は、チップ1及び熱放射放熱材料52を含む対象装置に関して、熱放射、対流、熱反射による放熱特性を測定・評価する構成である。本評価システム14は、図17の評価システム13を、前述(図15)同様の恒温槽150内に配置した構成である。恒温槽150の内壁がAl状態(150a)及び黒体塗布状態(150b)の各状態におけるチップ1及びその周辺(熱放射放熱材料52を含む)の熱情報を取得可能であり、各状態(150a,150b)での放熱特性の評価が可能である。本評価システム14は、前述同様に、チップ1の表面(M2)に熱放射放熱材料52を形成した状態で、熱放射放熱材料52と低熱反射板73との間に非接触な状態で距離k2(空間領域1002)を制御して配置された構成である。また本評価システム14は、前述同様に、恒温槽150の上下面に温度制御機器151を配した構造であり、放熱板71及び低熱反射板73と同温度で恒温槽150の温度を制御する。本評価システム14では、対流抑制時における熱反射の有無による熱放射放熱特性の評価ができる。そのため、熱放射放熱材料52に対応する材料の実使用状態(実装時)に近い状態での模擬における放熱データを取得し評価することができる。
<Embodiment 4>
FIG. 18 shows a configuration of the evaluation system 14 according to the fourth embodiment. The evaluation system 14 is configured to measure and evaluate heat dissipation characteristics due to heat radiation, convection, and heat reflection with respect to a target device including the chip 1 and the heat radiation heat dissipation material 52. This evaluation system 14 has a configuration in which the evaluation system 13 in FIG. 17 is disposed in a thermostatic chamber 150 similar to that described above (FIG. 15). Thermal information of the chip 1 and its surroundings (including the heat radiation heat dissipating material 52) in each state of the inner wall of the thermostatic chamber 150 in the Al state (150a) and the black body application state (150b) can be acquired. , 150b) can be evaluated. The evaluation system 14 is similar to the above in the state where the heat radiation heat radiation material 52 is formed on the surface (M2) of the chip 1 and the distance k2 in a non-contact state between the heat radiation heat radiation material 52 and the low heat reflection plate 73. In this configuration, the (space region 1002) is controlled. Moreover, this evaluation system 14 is the structure which arranged the temperature control apparatus 151 on the upper and lower surfaces of the thermostat 150 similarly to the above, and controls the temperature of the thermostat 150 at the same temperature as the heat sink 71 and the low heat reflection board 73. In this evaluation system 14, the thermal radiation heat radiation characteristic by the presence or absence of the heat reflection at the time of convection suppression can be evaluated. Therefore, it is possible to acquire and evaluate heat dissipation data in a simulation in a state close to the actual use state (during mounting) of the material corresponding to the heat radiation heat dissipation material 52.

<実施の形態5>
図19は、実施の形態5の評価システム15の構成を示す。本評価システム15は、チップ1及び熱放射放熱材料52を含む対象装置に関して、熱放射、対流、熱反射による放熱特性を測定・評価する構成である。本評価システム15は、図18の評価システム14の配線基板200(実装基板201)側にも、放熱板74を含む部材(基板対向面の対流・熱反射抑制部材2002)を設置した構造である。放熱板74は、上側の面に断熱材75(対流抑制部材)が付き、下側(配線基板200と対抗する側)の面に低熱反射板76が付いた構造である。この断熱材75及び低熱反射板76付きの放熱板74(対流・熱反射抑制部材2002)を、配線基板200からの距離k3(空間領域1003)を制御して対流が抑制できる状態として配置した構成である。評価システム14のチップ1及び熱放射放熱材料52の下側には、前述の距離k2(空間領域1002)を介して放熱板71及び低熱反射板73等による部材(チップ対向面の対流・熱反射抑制部材2001)が配置され、実装基板201の上側には、上記距離k3(空間領域1003)を介して放熱板74等による部材(対流・熱反射抑制部材2002)が配置された構成である。本評価システム15では、配線基板200(実装基板201)側からの熱放射によるチップ1の温度への影響を抑制した状態での熱放射放熱特性の評価ができる。つまりチップ1の表面に形成した熱放射放熱材料52からのみの熱放射を反映した温度計測ができる。
<Embodiment 5>
FIG. 19 shows a configuration of the evaluation system 15 of the fifth embodiment. The evaluation system 15 is configured to measure and evaluate heat dissipation characteristics due to heat radiation, convection, and heat reflection with respect to a target device including the chip 1 and the heat radiation heat dissipation material 52. The evaluation system 15 has a structure in which a member (a convection / heat reflection suppressing member 2002 on the board facing surface) including the heat sink 74 is also installed on the wiring board 200 (mounting board 201) side of the evaluation system 14 in FIG. . The heat radiating plate 74 has a structure in which a heat insulating material 75 (convection suppressing member) is attached to the upper surface, and a low heat reflecting plate 76 is attached to the lower surface (side facing the wiring board 200). A configuration in which the heat radiating plate 74 (convection / heat reflection suppressing member 2002) with the heat insulating material 75 and the low heat reflecting plate 76 is arranged in a state in which the convection can be suppressed by controlling the distance k3 (space region 1003) from the wiring board 200. It is. Below the chip 1 and the heat radiation heat dissipation material 52 of the evaluation system 14, members (such as convection and heat reflection on the chip facing surface) by the heat radiation plate 71, the low heat reflection plate 73, and the like via the distance k2 (space region 1002) described above. The suppressing member 2001) is disposed, and a member (convection / heat reflection suppressing member 2002) such as a heat radiating plate 74 is disposed on the upper side of the mounting substrate 201 via the distance k3 (space region 1003). In this evaluation system 15, it is possible to evaluate thermal radiation heat radiation characteristics in a state where the influence of thermal radiation from the wiring board 200 (mounting board 201) side on the temperature of the chip 1 is suppressed. That is, temperature measurement reflecting the heat radiation only from the heat radiation heat dissipating material 52 formed on the surface of the chip 1 can be performed.

<実施の形態6>
図20は、実施の形態6の評価システム16の構成を示す。本評価システム16は、熱放射放熱材料52の内部の結晶配向性及び材料組成による熱伝導を比較評価可能とする構成である。本評価システム16は、評価システム15(14)に対し、配線基板200(実装基板201)の裏面(上側)に熱電対80を配置した構成である。これにより、熱放射放熱材料52によって、熱伝導が熱放射放熱材料52側に優先的に伝導するのか、チップ1側に蓄熱するかを測定・評価する構成である。本評価システム16では、チップ1(M2)における熱放射放熱材料52の形成層の結晶配向性及び組成の違いによる熱伝導の計測ができる(後述)。
<Embodiment 6>
FIG. 20 shows a configuration of the evaluation system 16 according to the sixth embodiment. This evaluation system 16 is configured to enable comparative evaluation of the crystal orientation inside the heat radiation heat dissipating material 52 and the heat conduction due to the material composition. The evaluation system 16 has a configuration in which a thermocouple 80 is disposed on the back surface (upper side) of the wiring board 200 (mounting board 201) with respect to the evaluation system 15 (14). Thereby, it is the structure which measures and evaluates whether the heat conduction is preferentially conducted to the heat radiation heat radiation material 52 side or the heat storage is performed on the chip 1 side by the heat radiation heat radiation material 52. In this evaluation system 16, the heat conduction can be measured by the difference in crystal orientation and composition of the formation layer of the heat radiation heat dissipating material 52 in the chip 1 (M2) (described later).

<評価の具体例>
以下、上述した各基本構成及び各実施の形態の評価システムを用いた、放熱材料(A/B)を含む場合及び含まない場合の各対象に関する放熱特性などの測定・評価(その能力の評価・検証)の具体例について説明する。なお本発明はこれら具体例によって限定されない。なお補足として図21に前述の各構成と各具体例との対応関係及び概要などをまとめて示している。
<Specific examples of evaluation>
Hereinafter, measurement / evaluation (e.g., evaluation of capability) of heat dissipation characteristics and the like for each target with and without heat dissipation material (A / B) using the above-described basic configuration and the evaluation system of each embodiment. A specific example of verification will be described. The present invention is not limited to these specific examples. As a supplement, FIG. 21 shows the correspondence between the above-described configurations and specific examples, an outline, and the like.

<放熱材料Aの放熱特性評価の具体例>
図12,図13,図22〜図28を用いて、伝熱放熱材料51(放熱材料A)を含む場合及び含まない場合の各評価システム(対象装置)による伝熱放熱特性などの測定・評価の具体例を説明する。主に前述の実施の形態1の評価システム11に対応する具体例である。なお前記図12の第2の基本構成の評価システム92を用いることで、伝熱放熱材料51を備えなる場合の評価を行い、前記図13の第3の基本構成の評価システム93を用いることで、伝熱放熱材料51を備えない場合の評価を行う。前記図14の第4の基本構成の評価システム94を用いることで、熱放射放熱材料52を備える場合の評価を行う。
<Specific example of heat dissipation characteristics evaluation of heat dissipation material A>
Measurement, evaluation, etc. of heat transfer heat radiation characteristics by each evaluation system (target device) with and without heat transfer heat radiation material 51 (heat radiation material A) using FIG. 12, FIG. 13, and FIGS. A specific example will be described. This is a specific example mainly corresponding to the evaluation system 11 of the first embodiment described above. In addition, by using the evaluation system 92 of the second basic configuration in FIG. 12, an evaluation in the case of including the heat transfer heat radiation material 51 is performed, and by using the evaluation system 93 of the third basic configuration in FIG. 13. Then, evaluation is performed when the heat transfer heat radiation material 51 is not provided. By using the evaluation system 94 having the fourth basic configuration shown in FIG.

なお評価システム13に搭載されるチップ1として特に図10の第2のチップ1bを用いた。なお以下のような伝熱放熱材料51を用いた場合の測定・評価の具体例に対応した処理を図1のコンピュータ30の処理部41などで行ってもよい。   Note that the second chip 1b shown in FIG. 10 was used as the chip 1 mounted on the evaluation system 13. In addition, you may perform the process corresponding to the specific example of a measurement and evaluation at the time of using the following heat-transfer thermal radiation materials 51 by the process part 41 of the computer 30 of FIG.

[第1の具体例]
第1の具体例では、図13の評価システム93(放熱材料なし)による温度の測定・評価の評価結果を示す。第1の具体例では、チップ1bへ電力を印加してヒータの金属配線膜102(H2)を加熱すると共に、抵抗測温体の金属配線膜101(H1)と別途用意した放射温度計とによってチップ1bの温度を測定した。これにより評価システム93の放熱特性(測温能力)を評価した。なお第1の具体例では、チップ1の領域(R1)ごとの測定・評価はしていない。
[First specific example]
In the first specific example, an evaluation result of temperature measurement / evaluation by the evaluation system 93 (without heat dissipation material) of FIG. 13 is shown. In the first specific example, power is applied to the chip 1b to heat the metal wiring film 102 (H2) of the heater, and the metal wiring film 101 (H1) of the resistance thermometer and a radiation thermometer separately prepared. The temperature of the chip 1b was measured. Thereby, the heat dissipation characteristic (temperature measurement capability) of the evaluation system 93 was evaluated. In the first specific example, measurement / evaluation for each region (R1) of the chip 1 is not performed.

図22に、評価システム93による評価結果の第1の具体例のグラフを示す。図22で、横軸はチップ1bへの印加電力[W]、縦軸は印加電力に対する温度測定値[℃]である。四角印(□)は、白金配線層の金属配線膜101(H1)による温度測定値、丸印(○)は、放射温度計を用いて測定した温度測定値である。   In FIG. 22, the graph of the 1st specific example of the evaluation result by the evaluation system 93 is shown. In FIG. 22, the horizontal axis represents the applied power [W] to the chip 1b, and the vertical axis represents the temperature measurement value [° C.] with respect to the applied power. A square mark (□) is a temperature measurement value by the metal wiring film 101 (H1) of the platinum wiring layer, and a circle mark (◯) is a temperature measurement value measured using a radiation thermometer.

図22からわかるように、金属配線膜101(H1)による温度測定値(□)と、放射温度計による温度測定値(○)との間には、実質的な差はみられず、両者はよく一致した。この結果から、第1の具体例(評価システム93)では、金属配線膜102(H2)の発熱による温度の変化を、熱電対を用いることなく金属配線膜101(H1)によって正確に測定可能であることがわかった。   As can be seen from FIG. 22, there is no substantial difference between the temperature measurement value (□) obtained by the metal wiring film 101 (H1) and the temperature measurement value (◯) obtained by the radiation thermometer. Matched well. From this result, in the first specific example (evaluation system 93), the temperature change due to the heat generation of the metal wiring film 102 (H2) can be accurately measured by the metal wiring film 101 (H1) without using a thermocouple. I found out.

[第2の具体例]
次に第2の具体例では、図13の評価システム93(放熱材料なし)を用いた、チップ1の領域(R1)別の温度測定評価について示す。チップ1bへ電力を印加して金属配線膜102(H2)を加熱し、白金配線層の金属配線膜101(H1)の抵抗測温体の領域R1における全測定領域#1〜9(図10)の温度を測定した。
[Second specific example]
Next, in the second specific example, temperature measurement evaluation for each region (R1) of the chip 1 using the evaluation system 93 (without heat dissipation material) of FIG. 13 will be described. Power is applied to the chip 1b to heat the metal wiring film 102 (H2), and all measurement regions # 1 to # 9 in the resistance temperature measuring region R1 of the metal wiring film 101 (H1) of the platinum wiring layer (FIG. 10). The temperature of was measured.

図23に、第2の具体例の評価結果を示す。横軸は領域R1の測定領域#1〜9を示す。縦軸はチップ1bへの印加電力に応じた各測定領域の温度[℃]の測定値を示す。印加電力[W]は、菱形(◇)が1.3W、四角(□)が5.5W、三角(△)が13.0W、丸(○)が20.0Wである。   FIG. 23 shows the evaluation results of the second specific example. The horizontal axis indicates the measurement areas # 1 to # 9 in the area R1. The vertical axis represents the measured value of the temperature [° C.] of each measurement region according to the power applied to the chip 1b. The applied power [W] is 1.3 W for the rhombus (◇), 5.5 W for the square (□), 13.0 W for the triangle (Δ), and 20.0 W for the circle (◯).

図23からわかるように、チップ1bへの印加電力が上昇するに従って、各測定領域における温度も上昇した。また測定領域別にみれば、チップ1bの中央の測定領域(#5)の温度が全体で最も高く、逆にチップ1b端の測定領域(#1,3,7,9)の温度は比較的抑えられていた。またこの傾向は印加電力が大きくなるにつれて顕著になる。これらは、チップ1bの中央では熱が籠り易く、端側は熱が逃げ易いことを示している。この結果から、第2の具体例(評価システム93)では、金属配線膜102(H2)の発熱による温度の変化を、金属配線膜101(H1)の各測定領域ごとに正確に測定可能であることがわかった。このように第2の具体例(評価システム93)では、実パッケージ(チップ1の実装時)の発熱構造を再現(模擬)可能であると共に、その発熱挙動(放熱特性)の正確な温度プロファイルを各測定領域ごとに得ることができる。   As can be seen from FIG. 23, as the power applied to the chip 1b increased, the temperature in each measurement region also increased. In addition, by the measurement area, the temperature of the measurement area (# 5) at the center of the chip 1b is the highest overall, and the temperature of the measurement areas (# 1, 3, 7, 9) at the end of the chip 1b is relatively low. It was done. This tendency becomes more prominent as the applied power increases. These indicate that heat is likely to be generated at the center of the chip 1b and heat is likely to escape at the end side. From this result, in the second specific example (evaluation system 93), the temperature change due to the heat generation of the metal wiring film 102 (H2) can be accurately measured for each measurement region of the metal wiring film 101 (H1). I understood it. Thus, in the second specific example (evaluation system 93), the heat generation structure of the actual package (when the chip 1 is mounted) can be reproduced (simulated) and an accurate temperature profile of the heat generation behavior (heat dissipation characteristics) can be obtained. It can be obtained for each measurement region.

[第3の具体例]
次に第3の具体例として、放熱シート(伝熱放熱材料51)の有無による温度測定評価を示す。第3の具体例では、評価システムとして図12の評価システム92を用い、放熱シートに対応する伝熱放熱材料51を使用した場合の構成(92)と、使用していない場合の構成(92の51を無くして空間領域とした構成)とで、チップ1の白金配線層の金属配線膜101(H1)による抵抗測温体の領域R1の全測定領域#1〜9の温度を測定した。なおチップ1として第1のチップ1aを用いた。
[Third example]
Next, as a third specific example, temperature measurement evaluation based on the presence or absence of a heat radiating sheet (heat transfer heat radiating material 51) is shown. In the third specific example, the evaluation system 92 of FIG. 12 is used as the evaluation system, and the configuration (92) when the heat transfer heat dissipation material 51 corresponding to the heat dissipation sheet is used and the configuration (92 of 92) when not used. The temperature of all the measurement regions # 1 to # 9 in the region R1 of the resistance thermometer using the metal wiring film 101 (H1) of the platinum wiring layer of the chip 1 was measured. Note that the first chip 1 a was used as the chip 1.

図24に、第3の具体例の結果を示す。チップ1aへの印加電力を同一(15W)とした際における、放熱シート(伝熱放熱材料51)の有無に応じた各測定領域#1〜9の温度測定値を示す。四角(□)は放熱シート(51)有りの場合、丸(○)は放熱シート(51)無しの場合である。   FIG. 24 shows the result of the third specific example. The temperature measurement value of each measurement area | region # 1-9 according to the presence or absence of a heat radiating sheet (heat-transfer heat radiating material 51) when the power applied to the chip 1a is the same (15 W) is shown. The square (□) indicates the case with the heat dissipation sheet (51), and the circle (◯) indicates the case without the heat dissipation sheet (51).

図24からもわかるように、放熱シート(51)をチップ1aと放熱板71との間に設けた場合(92)の温度(□)は、設けない場合の温度(○)と比較して、全測定領域に渡って低いことがわかった。これは、高熱伝導性の放熱材料(51)を用いることにより、チップ1aで発生した熱が放熱板71へと効率よく伝導したことを示している。また放熱シート(51)により、各測定領域間の温度分布が低減されていることもわかった。これは、チップ1aと放熱板71との密着性が向上したことで、接触抵抗が低減され、チップ1aで発生した熱が面内に効率よく分散して伝導したことを示している。上記のように第3の具体例(評価システム92)では、伝熱放熱材料51等の部材(シート状放熱材料およびグリース状放熱材料)ごとの放熱特性やその効果を評価できる。   As can be seen from FIG. 24, the temperature (□) in the case (92) when the heat dissipation sheet (51) is provided between the chip 1a and the heat dissipation plate 71 is compared with the temperature (◯) in the case where it is not provided. It was found to be low over the entire measurement area. This indicates that the heat generated in the chip 1a is efficiently conducted to the heat radiating plate 71 by using the heat radiating material (51) having high thermal conductivity. It was also found that the temperature distribution between the measurement regions was reduced by the heat dissipation sheet (51). This indicates that the adhesion between the chip 1a and the heat radiating plate 71 is improved, the contact resistance is reduced, and the heat generated in the chip 1a is efficiently dispersed and conducted in the plane. As described above, in the third specific example (evaluation system 92), it is possible to evaluate the heat radiation characteristics and effects of each member (sheet-like heat radiation material and grease-like heat radiation material) such as the heat transfer heat radiation material 51.

[第4の具体例]
次に第4の具体例として、伝熱放熱材料51としてグリース放熱材料を用いた温度サイクル信頼性試験について示す。第4の具体例では、評価システムとして図12の評価システム92を用い、チップ1の下面の伝熱放熱材料51を、前述の放熱シート(第1の種類の伝熱放熱材料51)の代わりに、異なる特性であるグリース放熱材料(放熱グリース)(第2の種類の伝熱放熱材料51)とした構成を用いる。第4の具体例では、上記評価システム92を、以下に示すような温度サイクル試験の前後で、一定の印加電力の下、チップ1の領域R1の全測定領域#1〜9の温度を測定した。これにより、グリース放熱材料(51)の放熱特性の変化を検出し、そこから材料寿命評価を行った。チップ1としては第3のチップ1cを用いた。グリース放熱材料としては、信越シリコーン製,X-23-7783D,熱伝導率:5.5W/m/Kを用いた。
[Fourth specific example]
Next, as a fourth specific example, a temperature cycle reliability test using a grease heat dissipation material as the heat transfer heat dissipation material 51 will be described. In the fourth specific example, the evaluation system 92 of FIG. 12 is used as the evaluation system, and the heat transfer heat dissipation material 51 on the lower surface of the chip 1 is used instead of the above-described heat dissipation sheet (first type heat transfer heat dissipation material 51). Further, a configuration using a grease heat dissipation material (heat dissipation grease) (second type heat transfer heat dissipation material 51) having different characteristics is used. In the fourth specific example, the evaluation system 92 measured the temperatures of all measurement regions # 1 to # 9 in the region R1 of the chip 1 under a constant applied power before and after the temperature cycle test as described below. . Thereby, the change of the heat dissipation characteristic of the grease heat dissipation material (51) was detected, and the material life evaluation was performed from there. As the chip 1, a third chip 1c was used. As the grease heat dissipation material, Shin-Etsu Silicone X-23-7783D, thermal conductivity: 5.5 W / m / K was used.

温度サイクル試験では、−40℃で30分間保持した後、1分で+130℃までテストエリア(測定領域)内の温度を上昇させて同温度を30分間保持した後、再び1分で−40℃まで下降させて同温度を30分間保持するサイクルを、1000回繰り返すことで行った。   In the temperature cycle test, after holding at −40 ° C. for 30 minutes, the temperature in the test area (measurement region) is increased to + 130 ° C. in 1 minute and held at that temperature for 30 minutes, and then again −40 ° C. in 1 minute. The cycle in which the temperature was lowered and maintained at the same temperature for 30 minutes was repeated 1000 times.

放熱グリースは、塗布する際に気泡を巻き込むことがあるが、その量や大きさや場所は一定ではなく、その結果として、放熱グリース自体の正しい放熱特性を検出することは必ずしも簡単ではない。また、放熱グリース内に混入した気泡は、温度サイクル試験にも影響を与えることがある。   The heat-dissipating grease sometimes entraps bubbles when applied, but the amount, size, and location are not constant, and as a result, it is not always easy to detect the correct heat-dissipating characteristics of the heat-dissipating grease itself. In addition, air bubbles mixed in the heat dissipating grease may affect the temperature cycle test.

図25は、第4の具体例の評価結果(その1)として、同一のチップ1cで、同一の放熱グリースから作製した試料Aおよび試料Bについて温度サイクル試験の繰り返し再現性に関する実験結果例の一部を示す。横軸は温度サイクル数、縦軸は各試料における抵抗測温体の温度測定値を示す。丸(○)は試料Aの温度、四角(□)は試料Bの温度である。   FIG. 25 shows an example of an experimental result regarding the repeatability of the temperature cycle test for Sample A and Sample B manufactured from the same heat release grease with the same chip 1c as the evaluation result (No. 1) of the fourth specific example. Indicates the part. The horizontal axis represents the number of temperature cycles, and the vertical axis represents the temperature measurement value of the resistance thermometer in each sample. The circle (◯) is the temperature of sample A, and the square (□) is the temperature of sample B.

放熱グリースは、温度サイクル試験時にチップ1と放熱板71との間からはみ出していく現象がしばしば観察される。この現象は、ポンプアウトと呼ばれており、温度サイクル試験における放熱グリースの熱伝導特性変動の主要原因と言われている。   It is often observed that the heat radiation grease protrudes from between the chip 1 and the heat radiation plate 71 during the temperature cycle test. This phenomenon is called “pump-out” and is said to be the main cause of fluctuations in heat conduction characteristics of the heat dissipating grease in the temperature cycle test.

図25に例示した試料A,Bの温度サイクル試験の結果においても、ポンプアウトによって、まず放熱グリース厚の減少による放熱性改善が起こり、その後更なるポンプアウトによるグリース不足が発生して放熱性が劣化する現象が確認されている。   Also in the results of the temperature cycle test of Samples A and B illustrated in FIG. 25, the heat dissipation performance is first improved by reducing the thickness of the heat-dissipating grease due to the pump-out, and then there is a shortage of grease due to further pump-out. Deterioration phenomenon has been confirmed.

しかし、試料Aと試料Bの放熱特性変化を詳しく解析すると、同一材料、同一電力印加の条件で計測しているにも関わらず、試料Aと試料Bでは、その示す温度が異なっており、その変化挙動は必ずしも同じではない。その原因を調べるために、試料A,Bと同様の構成で作製した試料X,Y(特に塗布方法を明確に異ならせた条件)において、そのチップ1内の温度測定分布を測定した。   However, when the change in the heat dissipation characteristics of Sample A and Sample B is analyzed in detail, the temperatures indicated by Sample A and Sample B are different despite the measurement under the same material and the same power application conditions. The change behavior is not necessarily the same. In order to investigate the cause, the temperature measurement distribution in the chip 1 was measured in the samples X and Y (particularly under different conditions of the coating method) manufactured with the same configuration as the samples A and B.

図26は、上記試料X,Yにおけるチップ1内の温度測定分布の測定結果の一部を示す。丸(○)は試料Xの温度、四角(□)は試料Yの温度である。試料Xの測定領域#1〜9の平均温度は65.37℃、試料Yの測定領域#1〜9の平均温度は59.38℃であった。試料Xと試料Yは、初期段階での面内平均温度において6℃の差異が生じており、特に特定のいくつかの測定領域においてその差異が顕著になっている。   FIG. 26 shows a part of the measurement result of the temperature measurement distribution in the chip 1 for the samples X and Y. A circle (◯) is the temperature of the sample X, and a square (□) is the temperature of the sample Y. The average temperature of measurement region # 1-9 of sample X was 65.37 ° C., and the average temperature of measurement region # 1-9 of sample Y was 59.38 ° C. The sample X and the sample Y have a difference of 6 ° C. in the in-plane average temperature in the initial stage, and the difference is particularly remarkable in some specific measurement regions.

また、放熱グリース内の混入気泡を別途観察したところ、図26で特に温度差が顕著な領域の近傍に気泡が含在(混入)していることが確認できた。放熱グリース内に気泡が混入した状態のまま温度サイクル試験に供すると、試験中の放熱グリースのポンプアウトと供に気泡も排出されることになるが、気泡混入した量がランダムであるため、必然的に放熱変動がチップ1ごとに異なる挙動を示すことになる訳である。   Further, when the mixed bubbles in the heat dissipating grease were separately observed, it was confirmed in FIG. 26 that bubbles were included (mixed) in the vicinity of a region where the temperature difference was particularly remarkable. If the thermal grease is subjected to a temperature cycle test with air bubbles mixed in the thermal grease, the air bubbles will be discharged together with the pumping out of the thermal grease under test, but the amount of air bubbles mixed in is inevitable. In other words, the heat dissipation fluctuation shows different behavior for each chip 1.

上記第4の具体例(評価システム92)を用いて、チップ1内の温度分布を計測しながら温度サイクル試験を実施することによって、上記のようなランダムに混入した気泡の影響を評価することができる。つまり、混入気泡の影響を非破壊に観察することにより、放熱材料(51)と放熱板71との間の密着性の変化を検出できる。   Using the fourth specific example (evaluation system 92), by performing a temperature cycle test while measuring the temperature distribution in the chip 1, it is possible to evaluate the influence of the above-mentioned randomly mixed bubbles. it can. That is, by observing the influence of mixed bubbles in a non-destructive manner, it is possible to detect a change in adhesion between the heat dissipation material (51) and the heat dissipation plate 71.

[第5の具体例]
次に第5の具体例として、対流抑制有無による温度測定評価について説明する。第5の具体例では、評価システムとして、図12の評価システム92、及び図15の実施の形態1の評価システム11を用いた。図15のように評価システム92を恒温槽150内に配置した状態、及び恒温槽150外に配置した状態、のそれぞれの構成で、伝熱放熱材料51を使用する場合について、測温・評価を行った。評価システム92に搭載されるチップ1としては第1のチップ1aを用いた。チップ1aへの印加電力を同一(18W)とした。放熱板71(ヒートシンク)及び恒温槽150を同一温度として制御した。
[Fifth Example]
Next, temperature measurement evaluation based on the presence or absence of convection suppression will be described as a fifth specific example. In the fifth specific example, the evaluation system 92 in FIG. 12 and the evaluation system 11 in the first embodiment in FIG. 15 are used as the evaluation system. As shown in FIG. 15, the temperature measurement / evaluation is performed for the case where the heat transfer heat radiating material 51 is used in each of the configuration in which the evaluation system 92 is disposed in the thermostatic chamber 150 and the configuration in which the evaluation system 92 is disposed outside the thermostatic chamber 150. went. As the chip 1 mounted on the evaluation system 92, the first chip 1a was used. The applied power to the chip 1a was the same (18W). The heat sink 71 (heat sink) and the thermostat 150 were controlled at the same temperature.

図27に、第5の具体例の評価結果を示す。チップ1aへ電力(18W)を印加し、金属配線膜102(H2)によるヒータの領域R2を加熱し、白金配線層の金属配線膜101(H1)による抵抗測温体の領域R1の全測定領域#1〜9の温度を測定した。四角(□)は対流抑制有りの温度、丸(○)は対流抑制無しの温度を示す。対流抑制有り(□)の平均温度が46.04℃、対流抑制無し(○)の平均温度が29.48℃であった。   FIG. 27 shows the evaluation results of the fifth specific example. Electric power (18 W) is applied to the chip 1a, the heater region R2 is heated by the metal wiring film 102 (H2), and the entire resistance measurement region R1 is measured by the metal wiring film 101 (H1) of the platinum wiring layer. The temperature of # 1-9 was measured. Squares (□) indicate temperatures with convection suppression, and circles (◯) indicate temperatures without convection suppression. The average temperature with convection suppression (□) was 46.04 ° C., and the average temperature without convection suppression (◯) was 29.48 ° C.

図27からわかるように、対流抑制有り(□)の方が対流抑制無し(○)よりも抵抗測温体(白金配線)の温度が平均で約17℃高く、対流が温度に与える影響が大きい。上記のように第5の具体例(評価システム11,92)では、対流抑制の有無による、その発熱挙動(放熱特性)の正確な温度プロファイルを得ることができる。   As can be seen from FIG. 27, the temperature of the resistance thermometer (platinum wiring) is about 17 ° C. higher on average in the case of convection suppression (□) than in the case of no convection suppression (◯), and the influence of convection on temperature is greater . As described above, in the fifth specific example (evaluation systems 11 and 92), it is possible to obtain an accurate temperature profile of the heat generation behavior (heat dissipation characteristics) depending on the presence or absence of convection suppression.

[第6の具体例]
次に第6の具体例として、基板裏面側からの熱放射(その有無)による温度への影響について示す。第6の具体例では、評価システムとして、図12の評価システム92、及び図15の実施の形態1の評価システム11を用いた。評価システム92を恒温槽150内に配置し、恒温槽150の内壁がAl状態(150a)及び黒体塗料(放射率0.94)を塗布した状態(150b)のそれぞれの構成で、伝熱放熱材料51を使用する場合について、測温・評価を行った。チップ1aへの印加電力を同一とした。放熱板71及び恒温槽150を同一温度とした。
[Sixth example]
Next, as a sixth specific example, the influence on temperature due to thermal radiation (the presence or absence) from the back side of the substrate will be described. In the sixth specific example, the evaluation system 92 in FIG. 12 and the evaluation system 11 in the first embodiment in FIG. 15 are used as the evaluation system. The evaluation system 92 is disposed in the thermostat 150, and the inner wall of the thermostat 150 has an Al state (150a) and a black body paint (emissivity 0.94) applied (150b). Temperature measurement and evaluation were carried out when using The applied power to the chip 1a was the same. The heat radiating plate 71 and the thermostatic chamber 150 were set to the same temperature.

図28は、第6の具体例の評価結果を示す。チップ1aへ電力(18W)を印加して金属配線膜102(H2)によるヒータの領域R2を加熱し、白金配線層の金属配線膜101(H1)による抵抗測温体の領域R1の全測定領域#1〜9の温度を測定した。四角(□)は熱反射有り(Al状態(150a))、丸(○)は熱反射無し(黒体塗布状態(150b))を示す。熱反射有り(□)の平均温度が46.04℃、熱反射無し(○)の平均温度が44.99℃であった。   FIG. 28 shows the evaluation results of the sixth specific example. Electric power (18 W) is applied to the chip 1a to heat the heater region R2 by the metal wiring film 102 (H2), and the entire measurement region of the resistance thermometer region R1 by the metal wiring film 101 (H1) of the platinum wiring layer The temperature of # 1-9 was measured. Squares (□) indicate heat reflection (Al state (150a)), and circles (◯) indicate no heat reflection (black body application state (150b)). The average temperature with heat reflection (□) was 46.04 ° C., and the average temperature without heat reflection (◯) was 44.99 ° C.

図28からわかるように、熱反射有り(□)の方が熱反射無し(○)よりも抵抗測温体(白金配線)の温度が平均で約1℃高く、基板裏面(実装基板201側)から熱放射される熱の熱反射による温度に与える影響は小さい。上記のように第6の具体例(評価システム11,92)では、熱反射の有無による、その発熱挙動(放熱特性)の極小な温度変化も正確に計測することができる。   As can be seen from FIG. 28, the temperature of the resistance thermometer (platinum wiring) is about 1 ° C higher on average with heat reflection (□) than without heat reflection (◯), and the back side of the substrate (mounting substrate 201 side) The influence on the temperature due to the heat reflection of the heat radiated from is small. As described above, in the sixth specific example (evaluation systems 11 and 92), it is possible to accurately measure a minimal temperature change in the heat generation behavior (heat dissipation characteristics) due to the presence or absence of heat reflection.

前述の伝熱放熱材料51における放熱特性の評価では、一般的に、熱伝導が、[伝熱]>[対流]>[熱放射]の順番で発生する(その順番で影響が大きい)。このため、第6の具体例のような基板裏面からの熱放射による温度低下分については、一般的には無視して、伝熱放熱材料51の放熱特性の評価が行われている。しかしながら、以下説明する熱放射放熱材料52の放熱特性を評価する際には、伝熱と比較して温度低下量が小さいため、基板裏面からの熱放射による温度の影響を無視することはできない。   In the evaluation of the heat dissipation characteristics of the heat transfer heat dissipation material 51 described above, heat conduction generally occurs in the order of [heat transfer]> [convection]> [heat radiation] (the influence is large in that order). For this reason, as for the temperature drop due to the heat radiation from the back surface of the substrate as in the sixth specific example, the heat radiation characteristic of the heat transfer heat radiation material 51 is evaluated generally ignoring. However, when evaluating the heat dissipation characteristics of the heat radiation heat dissipating material 52 described below, since the amount of temperature decrease is small compared to heat transfer, the influence of temperature due to heat radiation from the back surface of the substrate cannot be ignored.

<放熱材料Bの放熱特性評価の具体例>
次に図14、及び図29〜図32を用いて、熱放射放熱材料52を含む場合及び含まない場合の各評価システムによる熱放射放熱特性などの測定・評価の具体例を説明する。前述の実施の形態2〜6の評価システム(12〜16)に対応する具体例である。なお以下のような熱放射熱材料51を用いた場合の測定・評価の具体例に対応した処理を図1のコンピュータ30の処理部42などで行ってもよい。
<Specific example of heat dissipation characteristic evaluation of heat dissipation material B>
Next, with reference to FIG. 14 and FIGS. 29 to 32, specific examples of measurement / evaluation of thermal radiation heat radiation characteristics and the like by each evaluation system with and without the heat radiation heat radiating material 52 will be described. It is a specific example corresponding to the evaluation system (12-16) of above-mentioned Embodiment 2-6. The processing corresponding to a specific example of measurement / evaluation in the case of using the heat radiant heat material 51 as described below may be performed by the processing unit 42 of the computer 30 in FIG.

[第7の具体例]
第7の具体例として、評価用半導体チップ1に形成した熱放射放熱材料52の膜と対向面との間の対流抑制について示す。第7の具体例では、熱放射放熱材料52を備える評価システムとして、前記図16の実施の形態2の評価システム12(Al製の放熱板71を備える構成)、図17の実施の形態3の評価システム13(アルマイト製の低熱反射板73を備える構成)、及び図14の評価システム94(断熱材77を備える構成)を用いる。チップ1(熱放射放熱材料52を形成する側の第2面M2)の対向面の部材(71,73,77)を変えて、測温・評価を行った。
[Seventh Specific Example]
As a seventh specific example, convection suppression between the film of the heat radiation heat dissipating material 52 formed on the evaluation semiconductor chip 1 and the facing surface will be described. In the seventh specific example, as an evaluation system including the heat radiation heat dissipation material 52, the evaluation system 12 of the second embodiment shown in FIG. 16 (a configuration including a heat sink 71 made of Al) and the third embodiment of FIG. An evaluation system 13 (a configuration including an alumite low heat reflecting plate 73) and an evaluation system 94 (a configuration including a heat insulating material 77) in FIG. 14 are used. The temperature measurement / evaluation was performed by changing the members (71, 73, 77) on the facing surface of the chip 1 (the second surface M2 on the side on which the heat radiation material 52 is formed).

図29は、第7の具体例の評価結果を示す。各構成(94,12,13)の対向面の材料(77,71,73)に関する温度測定値を示す。横軸は熱放射放熱材料52の膜と対向面(各構成)との距離[mm]である(前述のk1等に対応する)。縦軸は各構成での測定温度値(抵抗測温体(H1)の領域R1の平均温度[℃])である。三角(△)は、評価システム94の構成で対向面を断熱材77とした場合である。四角(□)は、評価システム12の構成で、対向面をAl製の放熱板71(放射率0.06)とした場合である(放熱板71の温度は25℃に制御した)。丸(○)は、評価システム13の構成で、対向面をアルマイト製の低熱反射板73(放射率0.88)とした場合である(低熱反射板73の温度は25℃に制御した)。上記各構成でチップ1への印加電力を同一(0.9W)とした。12,13の構成では、同一温度でチップ1と対向面との距離(k2,k3)を制御して測温した。チップ1としては第1のチップ1aを用いた。   FIG. 29 shows the evaluation results of the seventh specific example. The temperature measurement value regarding the material (77, 71, 73) of the opposing surface of each structure (94, 12, 13) is shown. The horizontal axis represents the distance [mm] between the film of the heat radiation heat dissipation material 52 and the opposing surface (each component) (corresponding to k1 etc. described above). The vertical axis represents the measured temperature value (average temperature [° C.] in the region R1 of the resistance temperature detector (H1)) in each configuration. A triangle (Δ) is a case where the opposing surface is a heat insulating material 77 in the configuration of the evaluation system 94. A square (□) shows the configuration of the evaluation system 12 when the opposing surface is an Al heat sink 71 (emissivity 0.06) (the temperature of the heat sink 71 was controlled at 25 ° C.). A circle (◯) shows the configuration of the evaluation system 13 when the facing surface is a low heat reflecting plate 73 (emissivity 0.88) made of anodized (the temperature of the low heat reflecting plate 73 is controlled to 25 ° C.). The power applied to the chip 1 was the same (0.9 W) in each of the above configurations. In the configurations of 12, 13, the temperature was measured by controlling the distance (k2, k3) between the chip 1 and the facing surface at the same temperature. As the chip 1, the first chip 1a was used.

図29からわかるように、Alの放熱板71(□)と断熱材77(△)とでは、制御距離が大きくなるに従って、温度が上昇している。空気は、動かなければ断熱材として働く特徴を持っており、これは、断熱層が厚くなるのみで、本制御距離の範囲内では、対流が発生していないことを示唆している。Alの放熱板71(□)と断熱材77(△)とでは、断熱材77の方が、強制冷却されないために温度が高いことが確認できる。   As can be seen from FIG. 29, the temperature of the Al heat sink 71 (□) and the heat insulating material 77 (Δ) rises as the control distance increases. If air does not move, it has the characteristic of acting as a heat insulating material. This suggests that the heat insulating layer only thickens and no convection occurs within the range of this control distance. With the Al heat sink 71 (□) and the heat insulating material 77 (Δ), it can be confirmed that the heat insulating material 77 is higher in temperature because it is not forcibly cooled.

またAlの放熱板71(□)とアルマイトの低熱反射板73(○)とでは、制御距離の小さい場合、例えば0.3500mmでは、熱反射の有るAlの放熱板71(□)の方が、低熱反射板73よりも温度が低い。これは、25℃に温度制御されたAlの放熱板71からの影響を受けたことを示唆している。また制御距離が例えば0.535mm及び0.735mmでは、低熱反射板73(○)よりも放熱板71(□)の方が温度が高くなっている。これは、この制御距離であれば、温度管理された放熱板71からの影響を受けないことを示唆している。   Also, when the control distance is small between the Al heat sink 71 (□) and the alumite low heat reflector 73 (◯), for example 0.3500 mm, the Al heat sink 71 (□) with heat reflection is The temperature is lower than that of the low heat reflecting plate 73. This suggests that it was influenced by the Al heat sink 71 whose temperature was controlled at 25 ° C. For example, when the control distance is 0.535 mm and 0.735 mm, the heat radiation plate 71 (□) has a higher temperature than the low heat reflection plate 73 (◯). This suggests that the control distance is not affected by the temperature-controlled heat sink 71.

上記第7の具体例(評価システム12,13等)では、チップ1と対向面との距離を対流の抑制ができる距離(例えば0.5〜0.7mm)に制御し、且つ対向面からの熱反射及び温度影響を受けず、熱放射放熱材料52の放熱特性の評価が可能であることが分かった。   In the seventh specific example (evaluation system 12, 13, etc.), the distance between the chip 1 and the facing surface is controlled to a distance (for example, 0.5 to 0.7 mm) that can suppress convection, and the distance from the facing surface is reduced. It has been found that the heat radiation characteristics of the heat radiation heat radiation material 52 can be evaluated without being affected by heat reflection and temperature.

[第8の具体例]
次に第8の具体例として、恒温槽150(対流抑制)の有無による熱放射放熱特性の評価について示す。第8の具体例では、評価システムとして、前記図18の実施の形態4の評価システム14を用いる。評価システム14の恒温槽150の内壁を前述の熱反射有りのAl状態(放射率0.06)(150a)及び熱反射無しの黒体塗布状態(放射率0.92)(150b)のそれぞれの状態として、チップ1への印加電力を変えて、測温・評価を行った。放熱板71及び恒温槽150を同一温度とした。チップ1としては第1のチップ1aを用いた。
[Eighth Example]
Next, as an eighth specific example, evaluation of thermal radiation heat radiation characteristics with and without the thermostatic chamber 150 (convection suppression) will be described. In the eighth specific example, the evaluation system 14 of the fourth embodiment shown in FIG. 18 is used as the evaluation system. The inner wall of the thermostatic chamber 150 of the evaluation system 14 is in the state of the Al state (emissivity 0.06) (150a) with heat reflection and the black body application state (emissivity 0.92) (150b) without heat reflection as described above. The applied power to 1 was changed and temperature measurement and evaluation were performed. The heat radiating plate 71 and the thermostatic chamber 150 were set to the same temperature. As the chip 1, the first chip 1a was used.

図30は、第8の具体例の評価結果を示す。横軸はチップ1aへの印加電力[W]である。縦軸は、対流抑制有無に応じた測定温度値(抵抗測温体の平均温度)である。丸(○)は恒温槽150による対流抑制無しの場合、四角(□)は恒温槽150による対流抑制有りの場合である。チップ1aへの印加電力を、0.5W,0.7W,1.0W,1.3Wとして、金属配線膜102(H2)の領域R2を加熱し、白金配線層の金属配線膜101(H1)による抵抗測温体の領域R1の全測定領域#1〜9の温度を測定し、その平均温度を求めた。   FIG. 30 shows the evaluation results of the eighth example. The horizontal axis represents the power [W] applied to the chip 1a. The vertical axis represents the measured temperature value (average temperature of the resistance temperature detector) according to the presence or absence of convection suppression. A circle (◯) indicates that there is no convection suppression by the thermostat 150, and a square (□) indicates that there is convection suppression by the thermostat 150. The electric power applied to the chip 1a is set to 0.5 W, 0.7 W, 1.0 W, and 1.3 W, the region R2 of the metal wiring film 102 (H2) is heated, and the metal wiring film 101 (H1) of the platinum wiring layer. The temperature of all the measurement regions # 1 to # 9 in the region R1 of the resistance temperature sensor was measured, and the average temperature was obtained.

図30から分かるように、対流抑制有り(□)の方が対流抑制無し(○)よりも白金配線層の平均温度が高く、印加電力の小さい0.5Wでも10℃の差が生じており、熱放射放熱材料52の放熱特性評価における対流の影響が大きい。   As can be seen from FIG. 30, the average temperature of the platinum wiring layer is higher in the case of convection suppression (□) than in the case of no convection suppression (◯), and a difference of 10 ° C. occurs even at a low applied power of 0.5 W. The influence of convection on the evaluation of heat dissipation characteristics of the heat radiation heat dissipation material 52 is large.

[第9の具体例]
次に第9の具体例として、基板裏面側の対流及び熱反射抑制について示す。第9の具体例では、評価システムとして、前記図19の実施の形態5の評価システム15を用いる。前述の評価システム15のように、恒温槽150内の評価システム14の基板(200)の裏面側(距離k3,空間領域1003)に、2002の部材(放熱板74、断熱材75、低熱反射板76)を配置した状態で、熱放射放熱材料52を使用する場合について、チップ1への印加電力を変えて、測温・評価を行った。断熱材75は対流抑制部材、低熱反射板76は低熱反射材料(放射率0.90)である。放熱板71及び恒温槽150を同一温度とした。チップ1としては第1のチップ1aを用いた。チップ1aへの印加電力を、0.9W,1.2W,1.5W,2.0Wとして、金属配線膜102(H2)を加熱し、白金配線層の金属配線膜101(H1)による抵抗測温体の領域R1の全測定領域#1〜9の温度を測定し、その平均温度を求めた。
[Ninth example]
Next, as a ninth specific example, convection and heat reflection suppression on the back side of the substrate will be described. In the ninth specific example, the evaluation system 15 of the fifth embodiment shown in FIG. 19 is used as the evaluation system. Like the evaluation system 15 described above, the members 2002 (the heat radiation plate 74, the heat insulating material 75, the low heat reflection plate) are provided on the back side (distance k3, space region 1003) of the substrate (200) of the evaluation system 14 in the thermostat 150. 76), when using the heat radiation heat dissipating material 52, the applied power to the chip 1 was changed and the temperature was measured and evaluated. The heat insulating material 75 is a convection suppressing member, and the low heat reflecting plate 76 is a low heat reflecting material (emissivity 0.90). The heat radiating plate 71 and the thermostatic chamber 150 were set to the same temperature. As the chip 1, the first chip 1a was used. The electric power applied to the chip 1a is 0.9 W, 1.2 W, 1.5 W, and 2.0 W, the metal wiring film 102 (H2) is heated, and the resistance measurement by the metal wiring film 101 (H1) of the platinum wiring layer is performed. The temperature of all the measurement area | regions # 1-9 of the area | region R1 of warm body was measured, and the average temperature was calculated | required.

図31に、第9の具体例の評価結果を示す。横軸は印加電力[W]を示す。縦軸は、基板裏面側の対流及び熱反射抑制の有無に応じた温度測定値(抵抗測温体の平均温度)である。四角(□)は基板裏面側の対流及び熱反射の抑制有り、丸(○)は抑制無しである。   FIG. 31 shows the evaluation results of the ninth specific example. The horizontal axis represents the applied power [W]. The vertical axis is a temperature measurement value (average temperature of the resistance thermometer) corresponding to the presence or absence of convection and heat reflection suppression on the back side of the substrate. Squares (□) indicate suppression of convection and heat reflection on the back side of the substrate, and circles (◯) indicate no suppression.

図31から分かるように、抑制有り(□)の方が抑制無し(○)よりも白金配線の平均温度が高く、印加電力が例えば2.0Wで約5℃の差が生じており、熱放射放熱材料52の放熱特性の評価における基板裏面側の対流及び熱反射の影響が大きい。   As can be seen from FIG. 31, the average temperature of the platinum wiring is higher in the case of suppression (□) than in the case of suppression (O), and the difference is about 5 ° C. when the applied power is 2.0 W, for example. The influence of convection and heat reflection on the back side of the substrate in the evaluation of the heat dissipation characteristics of the heat dissipation material 52 is large.

[第10の具体例]
次に第10の具体例として、異なる放射率の熱放射放熱材料52の評価について示す。第10の具体例では、評価システムとして、前記図19の実施の形態5の評価システム15を用いる。熱放射放熱材料52を用いずチップ1のみの場合と、異なる放射率を持つ熱放射放熱材料52として、材料a(放射率0.92)または材料b(放射率0.94)を用いた場合とにおいて、測温・評価を行った。各熱放射放熱材料52(a,b)の放射率は、熱放射率計(放射率を計測する機能を持つ装置)で計測した。第10の具体例では、チップ1への印加電力を、0.9W,1.2W,1.5W,2.0Wとして、金属配線膜102(H2)を加熱し、白金配線層の金属配線膜101(H1)による抵抗測温体の領域R1の全測定領域#1〜9の温度を測定し、その平均温度を求めた。なおチップ1としては第3のチップ1cを用いた。
[Tenth example]
Next, as a tenth specific example, evaluation of the heat radiation heat dissipating material 52 having different emissivities is shown. In the tenth specific example, the evaluation system 15 of the fifth embodiment shown in FIG. 19 is used as the evaluation system. Measured in the case where only the chip 1 is used without using the heat radiation material 52 and in the case where the material a (emissivity 0.92) or material b (emissivity 0.94) is used as the heat radiation material 52 having different emissivity. Temperature and evaluation were performed. The emissivity of each heat radiation heat dissipation material 52 (a, b) was measured with a thermal emissivity meter (an apparatus having a function of measuring emissivity). In the tenth specific example, the power applied to the chip 1 is 0.9 W, 1.2 W, 1.5 W, and 2.0 W, the metal wiring film 102 (H2) is heated, and the metal wiring film of the platinum wiring layer The temperature of all the measurement regions # 1 to # 9 in the region R1 of the resistance thermometer using 101 (H1) was measured, and the average temperature was obtained. As the chip 1, a third chip 1c was used.

図32に、第10の具体例の評価結果を示す。横軸は印加電力[W]を示す。縦軸は、三角(△)はチップ1のみの場合、四角(□)は材料a有りの場合、丸(○)は材料b有りの場合に応じた、温度測定値である。   FIG. 32 shows the evaluation results of the tenth specific example. The horizontal axis represents the applied power [W]. In the vertical axis, a triangle (Δ) is a temperature measurement value according to a case where only the chip 1 is present, a square (□) is a material a, and a circle (◯) is a material b.

図32から分かるように、チップ1のみの場合(△)よりも、材料aまたはbを塗布した場合(□,○)の方がチップ1の平均温度が低くなっており、これは熱放射放熱材料52(a,b)の働きによる。また材料aとbを比較すると、熱放射率が0.02大きい材料bの方が、チップ1の平均温度が低くなっている。このように第10の具体例(評価システム15)では、熱放射率に対応する温度変化を高精度に評価することができる。   As can be seen from FIG. 32, the average temperature of the chip 1 is lower when the material a or b is applied (□, ○) than when the chip 1 is alone (Δ). It depends on the function of the material 52 (a, b). Further, when the materials a and b are compared, the average temperature of the chip 1 is lower in the material b having a larger thermal emissivity of 0.02. Thus, in the tenth specific example (evaluation system 15), the temperature change corresponding to the thermal emissivity can be evaluated with high accuracy.

[効果等]
以上説明したように、各実施の形態によれば、半導体装置(チップ1)及び放熱材料(A/B)を含む対象装置(評価システム)における熱抵抗(温度)を容易に測定することができ、対象物の放熱特性などを正確(高精度)に評価することができる。
[Effects]
As described above, according to each embodiment, the thermal resistance (temperature) in the target device (evaluation system) including the semiconductor device (chip 1) and the heat dissipation material (A / B) can be easily measured. The heat dissipation characteristics of the object can be accurately evaluated (high accuracy).

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。各実施の形態で示した要素の組合せを変えた形態が可能である。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say. The form which changed the combination of the element shown by each embodiment is possible.

1〜4…評価用半導体チップ、11〜16,91〜94…評価システム、21…電流計・電圧計、22…電源、30…コンピュータ(評価処理システム)、31…熱抵抗・温度測定処理部、32…加熱処理部、40…演算部、41…伝熱放熱材料(放熱材料A)−放熱特性評価処理部、42…熱放射放熱材料(放熱材料B)−放熱特性評価処理部、51…伝熱放熱材料、52…熱放射放熱材料、60…GUI部、71…放熱板、72…温度制御機器、73…低熱反射板、74…放熱板、75…断熱材、76…低熱反射板、77…断熱材、80…熱電対、100…シリコン基板(半導体基板)、101…金属配線膜(第1の配線(H1))、102…金属配線膜(第2の配線(H2))、103(103a,103b)…電極、103a…第1の電極(D1)、103b…第2の電極(D2)、150…恒温槽、151…温度制御機器、200…配線基板、201…実装基板、300…システム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-4 ... Semiconductor chip for evaluation, 11-16, 91-94 ... Evaluation system, 21 ... Ammeter / voltmeter, 22 ... Power supply, 30 ... Computer (evaluation processing system), 31 ... Thermal resistance / temperature measurement processing part , 32... Heat treatment unit, 40 .. arithmetic unit, 41... Heat transfer heat radiation material (heat radiation material A) -heat radiation characteristic evaluation processing unit, 42 .. heat radiation heat radiation material (heat radiation material B) -heat radiation characteristic evaluation processing unit, 51. Heat transfer heat dissipation material, 52 ... Heat radiation heat dissipation material, 60 ... GUI part, 71 ... Heat dissipation plate, 72 ... Temperature control device, 73 ... Low heat reflection plate, 74 ... Heat dissipation plate, 75 ... Heat insulation material, 76 ... Low heat reflection plate, Reference numerals 77: heat insulating material, 80: thermocouple, 100: silicon substrate (semiconductor substrate), 101: metal wiring film (first wiring (H1)), 102: metal wiring film (second wiring (H2)), 103 (103a, 103b) ... electrode, 103a ... first Electrode (D1), 103b ... second electrode (D2), 0.99 ... thermostat 151 ... temperature control device, 200 ... wiring board, 201 ... mounting board, 300 ... system.

Claims (12)

半導体装置の評価システムであって、
評価用半導体チップと、当該評価用半導体チップに対して形成される放熱材料と、当該評価用半導体チップが実装される実装基板と、当該評価用半導体チップを放熱するための放熱板と、を有し、
前記評価用半導体チップは、前記実装基板と前記放熱板との間で距離を置いて固定され、
前記評価用半導体チップは、半導体基板と、当該半導体基板の第1の面に、1つ以上の領域から成る抵抗測温体を構成する1つ以上の第1の配線と、1つ以上の領域から成るヒータを構成する1つ以上の第2の配線と、前記第1の配線に電気的に接続された第1の電極と、前記第2の配線に電気的に接続された第2の電極と、が形成された構成であり、
前記放熱材料は、前記半導体基板の第2の面と前記放熱板の面との間で接触して固定される伝熱放熱材料であり、
前記評価用半導体チップ、放熱材料、実装基板、及び放熱板を含む装置が、恒温槽の内部に設置され、
前記第2の電極に電源が接続され、当該電源からの電力により前記第2の配線によるヒータの領域ごとに加熱が行われ、前記第1の電極に電流計及び電圧計が接続され、当該電流計及び電圧計により前記第1の配線による抵抗測温体の領域ごとに測温が行われ、前記加熱及び測温に基づき、前記恒温槽による対流抑制状態で、前記評価用半導体チップの領域の温度の測定、及び前記伝熱放熱材料の伝熱放熱特性の評価が行われ
前記実装基板における前記評価用半導体チップを実装する面とは反対側の面に距離を置いて配置される第2の放熱板として、低熱反射板と断熱材とが付いた第2の放熱板を有すること、を特徴とする、半導体装置の評価システム。
An evaluation system for a semiconductor device,
An evaluation semiconductor chip, a heat dissipation material formed on the evaluation semiconductor chip, a mounting substrate on which the evaluation semiconductor chip is mounted, and a heat dissipation plate for radiating the evaluation semiconductor chip. And
The semiconductor chip for evaluation is fixed at a distance between the mounting substrate and the heat sink,
The evaluation semiconductor chip includes a semiconductor substrate, one or more first wirings constituting one or more resistance thermometers on the first surface of the semiconductor substrate, and one or more regions. One or more second wirings constituting a heater comprising: a first electrode electrically connected to the first wiring; and a second electrode electrically connected to the second wiring And is formed,
The heat dissipation material is a heat transfer heat dissipation material that is fixed in contact between the second surface of the semiconductor substrate and the surface of the heat dissipation plate,
A device including the evaluation semiconductor chip, a heat dissipation material, a mounting substrate, and a heat dissipation plate is installed inside a thermostatic chamber,
A power source is connected to the second electrode, heating is performed for each heater region by the second wiring by power from the power source, an ammeter and a voltmeter are connected to the first electrode, and the current Temperature measurement is performed for each region of the resistance thermometer by the first wiring by a meter and a voltmeter, and based on the heating and temperature measurement, the region of the evaluation semiconductor chip in the convection suppression state by the thermostat Measurement of temperature and evaluation of heat transfer heat dissipation characteristics of the heat transfer heat dissipation material are performed ,
A second heat radiating plate having a low heat reflecting plate and a heat insulating material is provided as a second heat radiating plate arranged at a distance from a surface opposite to the surface on which the evaluation semiconductor chip is mounted on the mounting substrate. to have, and wherein the evaluation system of the semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置の評価システムにおいて、The semiconductor device evaluation system according to claim 1,
前記実装基板における前記評価用半導体チップを実装する面とは反対側の面に熱電対が配置され、A thermocouple is disposed on the surface opposite to the surface on which the evaluation semiconductor chip is mounted on the mounting substrate,
前記熱電対を用いて温度の測定が行われ、前記評価用半導体チップの領域の温度の測定結果との比較に基づき評価が行われること、を特徴とする、半導体装置の評価システム。An evaluation system for a semiconductor device, wherein a temperature is measured using the thermocouple, and an evaluation is performed based on a comparison with a measurement result of a temperature of a region of the evaluation semiconductor chip.
半導体装置の評価システムであって、
評価用半導体チップと、当該評価用半導体チップに対して形成される放熱材料と、当該評価用半導体チップが実装される実装基板と、当該評価用半導体チップを放熱するための放熱板と、を有し、
前記評価用半導体チップは、前記実装基板と前記放熱板との間で距離を置いて固定され、
前記評価用半導体チップは、半導体基板と、当該半導体基板の第1の面に、1つ以上の領域から成る抵抗測温体を構成する1つ以上の第1の配線と、1つ以上の領域から成るヒータを構成する1つ以上の第2の配線と、前記第1の配線に電気的に接続された第1の電極と、前記第2の配線に電気的に接続された第2の電極と、が形成された構成であり、
前記放熱材料は、前記半導体基板の第2の面に形成される熱放射放熱材料であり、当該熱放射放熱材料の面と前記放熱板の面との間が非接触で距離を制御して配置され、
前記第2の電極に電源が接続され、当該電源からの電力により前記第2の配線によるヒータの領域ごとに加熱が行われ、前記第1の電極に電流計及び電圧計が接続され、当該電流計及び電圧計により前記第1の配線による抵抗測温体の領域ごとに測温が行われ、前記加熱及び測温に基づき、前記評価用半導体チップの領域の温度の測定、及び前記熱放射放熱材料の熱放射放熱特性の評価が行われ
前記実装基板における前記評価用半導体チップを実装する面とは反対側の面に距離を置いて配置される第2の放熱板として、低熱反射板と断熱材とが付いた第2の放熱板を有すること、を特徴とする、半導体装置の評価システム。
An evaluation system for a semiconductor device ,
An evaluation semiconductor chip, a heat dissipation material formed on the evaluation semiconductor chip, a mounting substrate on which the evaluation semiconductor chip is mounted, and a heat dissipation plate for radiating the evaluation semiconductor chip. And
The semiconductor chip for evaluation is fixed at a distance between the mounting substrate and the heat sink,
The evaluation semiconductor chip includes a semiconductor substrate, one or more first wirings constituting one or more resistance thermometers on the first surface of the semiconductor substrate, and one or more regions. One or more second wirings constituting a heater comprising: a first electrode electrically connected to the first wiring; and a second electrode electrically connected to the second wiring And is formed,
The heat dissipation material is a heat radiation heat dissipation material formed on the second surface of the semiconductor substrate, and the distance between the surface of the heat radiation heat dissipation material and the surface of the heat dissipation plate is controlled without contact. And
A power source is connected to the second electrode, heating is performed for each heater region by the second wiring by power from the power source, an ammeter and a voltmeter are connected to the first electrode, and the current Temperature measurement is performed for each region of the resistance thermometer by the first wiring by a meter and a voltmeter, and based on the heating and temperature measurement, the temperature of the evaluation semiconductor chip region is measured, and the heat radiation heat dissipation The material's heat radiation and heat dissipation characteristics are evaluated ,
A second heat radiating plate having a low heat reflecting plate and a heat insulating material is provided as a second heat radiating plate arranged at a distance from a surface opposite to the surface on which the evaluation semiconductor chip is mounted on the mounting substrate. to have, and wherein the evaluation system of the semiconductor device.
請求項3記載の半導体装置の評価システムにおいて、The semiconductor device evaluation system according to claim 3.
前記実装基板における前記評価用半導体チップを実装する面とは反対側の面に熱電対が配置され、A thermocouple is disposed on the surface opposite to the surface on which the evaluation semiconductor chip is mounted on the mounting substrate,
前記熱電対を用いて温度の測定が行われ、前記評価用半導体チップの領域の温度の測定結果との比較に基づき評価が行われること、を特徴とする、半導体装置の評価システム。An evaluation system for a semiconductor device, wherein a temperature is measured using the thermocouple, and an evaluation is performed based on a comparison with a measurement result of a temperature of a region of the evaluation semiconductor chip.
請求項3または4に記載の半導体装置の評価システムにおいて、
前記放熱板上に配置される低熱反射板を有し、
前記熱放射放熱材料の面と前記低熱反射板の面との間が非接触で距離を制御して配置されること、を特徴とする、半導体装置の評価システム。
In the evaluation system of the semiconductor device according to claim 3 or 4 ,
Having a low heat reflector disposed on the heat sink;
An evaluation system for a semiconductor device, wherein a distance between the surface of the heat radiation material and the surface of the low heat reflecting plate is controlled in a non-contact manner.
請求項3または4に記載の半導体装置の評価システムにおいて、
前記評価用半導体チップ、放熱材料、実装基板、放熱板、及び低熱反射板を含む装置が、恒温槽の内部に設置され、
前記加熱及び測温に基づき、前記恒温槽による対流抑制状態で、前記評価用半導体チップの領域の温度の測定、及び前記熱放射放熱材料の熱放射放熱特性の評価が行われること、を特徴とする、半導体装置の評価システム。
In the evaluation system of the semiconductor device according to claim 3 or 4 ,
A device including the evaluation semiconductor chip, a heat dissipation material, a mounting substrate, a heat dissipation plate, and a low heat reflection plate is installed inside a thermostatic chamber,
Based on the heating and temperature measurement, the temperature measurement of the region of the semiconductor chip for evaluation and the evaluation of the heat radiation heat radiation characteristics of the heat radiation heat radiation material are performed in a convection suppression state by the thermostatic bath. A semiconductor device evaluation system.
評価用半導体チップを含む評価システムを用いた、半導体装置の評価方法であって、
前記評価システムは、評価用半導体チップと、当該評価用半導体チップに対して形成される放熱材料と、当該評価用半導体チップが実装される実装基板と、当該評価用半導体チップを放熱するための放熱板と、を有し、
前記評価用半導体チップは、前記実装基板と前記放熱板との間で距離を置いて固定され、
前記評価用半導体チップは、半導体基板と、当該半導体基板の第1の面に、1つ以上の領域から成る抵抗測温体を構成する1つ以上の第1の配線と、1つ以上の領域から成るヒータを構成する1つ以上の第2の配線と、前記第1の配線に電気的に接続された第1の電極と、前記第2の配線に電気的に接続された第2の電極とが形成された構成であり、
前記放熱材料は、前記半導体基板の第2の面と前記放熱板の面との間で接触して固定される伝熱放熱材料であり、
前記評価システムが、恒温槽の内部に設置された状態と、外部に設置された状態との各状態において、
前記第2の電極に接続された電源からの電力により前記第2の配線によるヒータの領域ごとに加熱が行われる第1のステップと、前記第1の電極に接続された電流計及び電圧計により前記第1の配線による抵抗測温体の領域ごとに測温が行われる第2のステップと、前記加熱及び測温に基づき、前記恒温槽による対流抑制状態の有無に応じた、前記評価用半導体チップの領域の温度の測定、及び前記伝熱放熱材料の伝熱放熱特性の評価が行われる第3のステップとを有し、
前記実装基板における前記評価用半導体チップを実装する面とは反対側の面に距離を置いて配置される第2の放熱板として、低熱反射板と断熱材とが付いた第2の放熱板を有すること、を特徴とする、半導体装置の評価方法。
A method for evaluating a semiconductor device using an evaluation system including a semiconductor chip for evaluation,
The evaluation system includes an evaluation semiconductor chip, a heat dissipation material formed for the evaluation semiconductor chip, a mounting substrate on which the evaluation semiconductor chip is mounted, and heat dissipation for dissipating the evaluation semiconductor chip. A board, and
The semiconductor chip for evaluation is fixed at a distance between the mounting substrate and the heat sink,
The evaluation semiconductor chip includes a semiconductor substrate, one or more first wirings constituting one or more resistance thermometers on the first surface of the semiconductor substrate, and one or more regions. One or more second wirings constituting a heater comprising: a first electrode electrically connected to the first wiring; and a second electrode electrically connected to the second wiring And is formed,
The heat dissipation material is a heat transfer heat dissipation material that is fixed in contact between the second surface of the semiconductor substrate and the surface of the heat dissipation plate,
In each state of the state where the evaluation system is installed inside the thermostat and the state installed outside,
A first step in which heating is performed for each region of the heater by the second wiring by power from a power source connected to the second electrode; and an ammeter and a voltmeter connected to the first electrode The evaluation semiconductor according to the second step in which temperature measurement is performed for each region of the resistance temperature detector by the first wiring, and the presence or absence of a convection suppression state by the thermostat based on the heating and temperature measurement measurement of the temperature of the chip area, and have a third step of evaluation of the heat transfer heat dissipation properties of the heat transfer heat dissipation material is carried out,
A second heat radiating plate having a low heat reflecting plate and a heat insulating material is provided as a second heat radiating plate arranged at a distance from a surface opposite to the surface on which the evaluation semiconductor chip is mounted on the mounting substrate. A method for evaluating a semiconductor device, comprising:
請求項7記載の半導体装置の評価方法において、In the evaluation method of the semiconductor device according to claim 7,
前記実装基板における前記評価用半導体チップを実装する面とは反対側の面に熱電対が配置され、A thermocouple is disposed on the surface opposite to the surface on which the evaluation semiconductor chip is mounted on the mounting substrate,
前記熱電対を用いて温度の測定が行われ、前記評価用半導体チップの領域の温度の測定結果との比較に基づき評価が行われること、を特徴とする、半導体装置の評価方法。A method for evaluating a semiconductor device, characterized in that a temperature is measured using the thermocouple and an evaluation is performed based on a comparison with a measurement result of a temperature of the region of the semiconductor chip for evaluation.
請求項7または8に記載の半導体装置の評価方法において、
前記恒温槽の内壁におけるAl状態と黒体塗布状態との各状態において、前記第1〜第3のステップを行い、熱反射の有無に応じた評価を行うこと、を特徴とする、半導体装置の評価方法。
In the evaluation method of the semiconductor device according to claim 7 or 8 ,
In each state of the Al state and the black body application state on the inner wall of the thermostatic bath, the first to third steps are performed, and evaluation according to the presence or absence of heat reflection is performed. Evaluation method.
評価用半導体チップを含む評価システムを用いた、半導体装置の評価方法であって、
前記評価システムは、評価用半導体チップと、当該評価用半導体チップに対して形成される放熱材料と、当該評価用半導体チップが実装される実装基板と、当該評価用半導体チップを放熱するための放熱板と、を有し、
前記評価用半導体チップは、前記実装基板と前記放熱板との間で距離を置いて固定され、
前記評価用半導体チップは、半導体基板と、当該半導体基板の第1の面に、1つ以上の領域から成る抵抗測温体を構成する1つ以上の第1の配線と、1つ以上の領域から成るヒータを構成する1つ以上の第2の配線と、前記第1の配線に電気的に接続された第1の電極と、前記第2の配線に電気的に接続された第2の電極とが形成された構成であり、
前記放熱材料は、前記半導体基板の第2の面に形成される熱放射放熱材料であり、当該熱放射放熱材料の面と前記放熱板の面との間が非接触で距離を制御して配置され、
前記熱放射放熱材料の対向面を、Al製の前記放熱板とした第1の構成と、アルマイト製の低熱反射板とした第2の構成と、断熱材とした第3の構成との各状態において、
前記第2の電極に接続された電源からの電力により前記第2の配線によるヒータの領域ごとに加熱が行われる第1のステップと、前記第1の電極に接続された電流計及び電圧計により前記第1の配線による抵抗測温体の領域ごとに測温が行われる第2のステップと、前記加熱及び測温に基づき、前記評価用半導体チップの領域の温度の測定、及び前記熱放射放熱材料の熱放射放熱特性の評価が行われる第3のステップとを有し、熱反射の有無に応じた評価を行い、
前記評価システムは、前記実装基板における前記評価用半導体チップを実装する面とは反対側の面に距離を置いて配置される第2の放熱板として、低熱反射板と断熱材とが付いた第2の放熱板を有し、
前記第2の放熱板を有する状態において、前記第1〜第3のステップを行い、前記実装基板からの熱放射による影響を抑制した状態で評価を行うこと、を特徴とする、半導体装置の評価方法。
A method for evaluating a semiconductor device using an evaluation system including a semiconductor chip for evaluation,
The evaluation system includes an evaluation semiconductor chip, a heat dissipation material formed for the evaluation semiconductor chip, a mounting substrate on which the evaluation semiconductor chip is mounted, and heat dissipation for dissipating the evaluation semiconductor chip. A board, and
The semiconductor chip for evaluation is fixed at a distance between the mounting substrate and the heat sink,
The evaluation semiconductor chip includes a semiconductor substrate, one or more first wirings constituting one or more resistance thermometers on the first surface of the semiconductor substrate, and one or more regions. One or more second wirings constituting a heater comprising: a first electrode electrically connected to the first wiring; and a second electrode electrically connected to the second wiring And is formed,
The heat dissipation material is a heat radiation heat dissipation material formed on the second surface of the semiconductor substrate, and the distance between the surface of the heat radiation heat dissipation material and the surface of the heat dissipation plate is controlled without contact. And
Each state of the 1st structure which used the heat sink of the heat radiation material as the heat sink made of Al, the second structure made of an alumite low heat reflecting plate, and the third structure made of a heat insulating material In
A first step in which heating is performed for each region of the heater by the second wiring by power from a power source connected to the second electrode; and an ammeter and a voltmeter connected to the first electrode A second step in which temperature measurement is performed for each region of the resistance thermometer by the first wiring; measurement of the temperature of the evaluation semiconductor chip region; and heat radiation radiation based on the heating and temperature measurement. and a third step of evaluation of the thermal radiation heat radiation characteristics of the material takes place, have rows evaluation in accordance with the presence or absence of heat reflecting,
The evaluation system includes a low heat reflection plate and a heat insulating material as a second heat radiating plate arranged at a distance from a surface opposite to the surface on which the evaluation semiconductor chip is mounted on the mounting substrate. 2 heat sinks,
Evaluation of a semiconductor device, characterized in that in the state having the second heat dissipation plate, the first to third steps are performed, and evaluation is performed in a state in which the influence of thermal radiation from the mounting substrate is suppressed. Method.
請求項10記載の半導体装置の評価方法において、In the evaluation method of the semiconductor device according to claim 10,
前記半導体基板の第2の面に、前記放熱材料が形成されていない状態と、第1の放射率の第1の熱放射放熱材料が形成された状態と、第2の放射率の第2の熱放射放熱材料が形成された状態との各状態において、前記第1〜第3のステップを行い、熱放射率に応じた評価を行うこと、を特徴とする、半導体装置の評価方法。A state in which the heat dissipation material is not formed on the second surface of the semiconductor substrate, a state in which a first heat radiation heat dissipation material having a first emissivity is formed, and a second state having a second emissivity. A semiconductor device evaluation method comprising performing the first to third steps and performing an evaluation according to a thermal emissivity in each state including a state in which a heat radiation heat dissipation material is formed.
請求項10または11に記載の半導体装置の評価方法において、
前記評価システムが、恒温槽の内部に設置された状態と、外部に設置された状態との各状態において、前記第1〜第3のステップを行い、前記恒温槽による対流抑制状態の有無に応じた評価を行うこと、を特徴とする、半導体装置の評価方法。
In the evaluation method of the semiconductor device according to claim 10 or 11 ,
The evaluation system performs the first to third steps in each of a state where the evaluation system is installed inside the thermostatic chamber and a state where the evaluation system is installed outside, depending on the presence or absence of a convection suppression state by the thermostatic chamber. A method for evaluating a semiconductor device, characterized in that the evaluation is performed.
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